[发明专利]一种纳米金刚石刀具及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米金刚石刀具的制备方法及其应用，所述方法采用金刚石作为原料，除包括切割定型工序、抛光工序和刃口加工工序外，还特别包括在切割定型工序之前进行的预处理工序和在刃口加工工序之后进行的表面修饰工序，其中预处理工序用以尽量消除所述金刚石中的缺陷；表面修饰工序用以在刃口表面形成保护层；在抛光工序中：首先对金刚石刀具基材进行检测以识别金刚石的晶面，然后选取金刚石的（100）晶面或（110）晶面进行后续的抛光，并将抛光后的晶面作为前刀面；刃口加工工序采用保护性刃磨方法或激光定向解理方法。本发明制成的纳米金刚石刀具能够达到刃口精度为1‑5nm，适于应用于车削、纳米探针和生物切片等领域。

技术领域

本发明属于金刚石刀具的制备领域，具体涉及一种纳米金刚石刀具及其制备方法和应用。

背景技术

目前，在超精密光学器件及超高精密光学器件的加工中，尤其是对于纳米精度的超精密加工，无论是民用还是国防，都占据着越来越重的比例，例如X射线望远镜中掠射镜面要求超精密切削加工同时满足 0.2μm 轴向形状精度，2μm/1.5m 径向圆弧精度和 RMS5nm 的表面粗糙度；又如计算机硬盘存储器的铝基盘片，其超精密切削加工的表面粗糙度越低，存储容量就越大，磁头读盘速率也就越高；另外，在 CCD、数码相机、激光打印机和复印机的光学系统中，平面、球面和非球面反射镜、透镜(如菲涅耳透镜)及其它光学微结构表面的加工精度会影响整个光学系统的反射率、透射率和成像误差；再如医学和生物学研究专用的金刚石切片刀切削刃钝圆半径要小于 50nm 且无崩口，才能实现超薄、无断痕的切片。要获得零件形状尺寸的高精度和加工表面的超光滑，除了必须拥有超精密的机床、高分辨率的检测仪器和超稳定的加工环境条件以外，还须具备进行切削加工的高精度金刚石刀具。

虽然金刚石是我们已知的超硬材料，其具有许多优异的性能，如最高的硬度，最好的耐磨性等；但同时，正是由于金刚石晶体以其独有的高硬度、耐磨损、难焊接等特点，又使得金刚石刀具的制备比较困难。而随着民用或者军事等方面对型号精度、可靠性、命中率以及使用寿命等指标的不断提高，我国的金刚石刀具生产要求还未达到理想水平。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种改进的纳米金刚石刀具的制备方法，该方法制成的纳米金刚石刀具能够达到刃口精度为1-5nm。

本发明同时还提供一种上述方法制成的纳米金刚石刀具。

本发明同时还提供了一种上述制成的纳米金刚石刀具在超高精密车削、纳米探针和生物切片中的应用。

为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：

一种纳米金刚石刀具的制备方法，所述制备方法采用金刚石作为原料，包括制备金刚石刀具基材的切割定型工序、对所述金刚石刀具基材进行抛光的抛光工序和在所述金刚石刀具基材上形成刃口的刃口加工工序，所述方法还包括在所述切割定型工序之前进行的预处理工序和在所述刃口加工工序之后进行的表面修饰工序，其中：

所述预处理工序用以尽量消除所述金刚石中的缺陷，所述缺陷包括应力缺陷和结构缺陷；

所述表面修饰工序用以在所述的刃口表面形成保护层；

所述抛光工序中：首先对所述金刚石刀具基材进行检测以识别金刚石的晶面，然后选取金刚石的（100）晶面或（110）晶面进行后续的抛光，并将抛光后的晶面作为前刀面，根据所述前刀面确定形成所述刃口的后刀面；

所述刃口加工工序采用保护性刃磨方法或激光定向解理方法，所述保护性刃磨方法包括：先在所述前刀面上形成临时保护涂层，之后对所述后刀面进行刃磨，再去除所述临时保护涂层，以形成所述刃口；所述激光定向解理方法包括：对抛光后的所述金刚石刀具基材施加激光辐照使其内部产生平行于所述前刀面的sp²结构石墨层，以及进一步解离形成所述刃口。