[发明专利]一种金刚石涂层刀具的制备方法及该方法所得金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种金刚石涂层刀具的制备方法及由该方法制备的金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用。

背景技术

金刚石有许多优异的性能，如最高的硬度，最好的耐磨性等。这使得金刚石在很多方面具有广泛的用途。但是金刚石的脆性和稀缺性限制了其在多方面的应用。人们采取了多种方法制造人工金刚石。如高温高压金刚石粉末，聚晶金刚石工艺，电沉积金刚石工艺，烧结金刚石工艺等。这些工艺和方法一定程度上拓展了金刚石的使用领域。随科技的发展，又出现了化学气相沉积金刚石工艺。该工艺在复杂形状材料表面，自支撑金刚石工具方面，金刚石工具的使用效率有了极大的提高和使用成本方面有了极大的降低。当前比较成功的有两方面，金刚石厚膜刀具和金刚石薄膜刀具。其中，金刚石厚膜刀具存在耐冲击性差，刀具形状简单、焊接工艺复杂，使用成本高等问题。金刚石薄膜刀具在这些方面有了极大的改善，但是因为金刚石热膨胀系数低，与其他材料的匹配性较差，仅能在硬质合金等少数材料上有效成膜使用。因为金刚石不能加工铁系元素，所以金刚石刀具使用范围较窄。但金刚石刀具在某些特殊行业，又是必不可少的。如陶瓷材料的加工、高硅铝合金的加工、石墨材料的加工、高精密透镜的加工等。国内与国际上很多公司和研发机构都投入了大量的财力、物力、人力研究金刚石刀具。当前国内还未有商业化金刚石薄膜刀具出售。国际上，德国、日本、英国、美国等国家都有相应的产品出售，但由于技术垄断性，相应的金刚石薄膜钻头价格比较昂贵，每根钻头便宜数百元，贵则数千元。极大的限制了国内高品质，高精度特种材料的加工。

当前国内印刷线路板的产量及产值已经居于世界首位。每年有数亿平米的产能，数百亿美元的产值。钻孔成本占总成本的5%～10%，每年印刷线路板制备用刀具的市场规模有几十亿之多。印刷线路板行业用的微刀具均为硬质合金刀具，所钻切的材料为玻纤树脂复合材料，玻纤的硬度及耐磨性仅次于碳化钨硬质合金。所以印刷线路板的刀具使用寿命很短，单次单钻的寿命仅为两千孔，多次研磨后总寿命也不超过1万孔。这造成了两方面的影响，首先为孔壁光洁性不好，有大量玻纤未切断，造成后续电镀工艺中孔破等不良情况。其次影响工时效率，需要大量的人力物力研磨刀具及更换刀具。据相关资料统计，普通硬质合金成型铣刀，工作寿命仅为30m，并且有毛边等不良情况产生。据市场调研数据显示，现在市场上已经有多种涂层刀具出现，如碳化钛、类金刚石涂层刀具等，但效率提高不大，仅能提高20%～50%，成本等方面则更无优势可言。

国内多篇专利有关于硬质合金刀具上金刚石涂层刀具的报道，但总体上看都不完善，仅仅就部分技术问题进行研发，而不能达到实用化的效果。如南京航空航天大学，左敦稳等人写的《硬质合金表面沉积CVD金刚石膜的梯度预处理工艺》专利CN200810019557.4，仅给出了硬质合金刀具的预处理方法，并未给出相应的具体实用性测试结果。大连理工大学，项礼等人写的《一种在硬质合金上为金刚石涂层制备金刚石-碳化硅-硅化钴复合中间层的方法》专利CN201010205732.6中，比上个专利有所改进，写出了具体的过渡层制备工艺，并详细介绍了金刚石的制备工艺，但同样没给出具体实用性测试效果。北京科技大学，唐伟忠等人写的《一种在硬质合金工具上制备金刚石涂层的方法》CN200410101846.0中，给出了硬质合金工具表面制备硅过渡层及硅参杂金刚石的方法，没给出金刚石相应的实用性数据。上海交通大学，沈彬等人写的《复杂形状CVD金刚石/类金刚石复合涂层刀具制备方法》CN201210124337.4中，给出了具体的硬质合金工具表面制备金刚石/类金刚石刀具方法，并进一步给出了实际的使用效果。实用性的刀具有石墨铣刀、线路板成型刀具、碳纤维铣刀，但整体改进不大，寿命仅提高10倍以下，没有充分体现出金刚石高硬度及高耐磨性的特点。另外关于批量性合格率，产能等方面的工业化数据也未提及。

综上所述，虽然目前国内对于金刚石镀膜刀具的制备已有较多的报道，但均停留在实验室层面，局部技术改进或改善，存在制备成本高、品质稳定性差等不足，提供一种低成本制备出使用寿命长的金刚石涂层刀具对于实现金刚石涂层刀具的规模化生产和应用具有重要的经济意义和社会价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供可以较低成本制备出使用寿命长的金刚石涂层刀具的方法。

本发明还涉及所制备的金刚石涂层刀具在印刷线路板制备中的应用。

为解决以上技术问题，本发明采取的一种技术方案是：