[发明专利]用于精密表面处理的磨料及其制造方法

说明书

发明背景

本发明涉及精密表面处理的领域，尤其是涉及用于这种处理的磨料和这种磨料的制造方法。

用于精密表面处理的常规磨料，通常由微米到亚微米级的自由磨粒的粉末组成，该磨粒由高硬度的材料组成。磨粒一般被嵌在抛光膏内，或者被固定在一些其它形式的衬底的涂层内。

可挠曲磨料能被有效地用来抛光具有不规则表面或形状的物体。这种可挠曲磨料可以做成磨料带，它的强度和可挠曲性足以使磨料带表面和抛光物体的不规则表面之间产生紧密接触。

对于精密表面处理而言，优选应用金刚石作为磨粒，因为金刚石具有所有的已知物质中的最高硬度值。遗憾的是，天然金刚石的资源十分有限，而人造金刚石晶体又很难生产。获取人造金刚石的难度主要在于高温和高压工艺要求。鉴于这个事实，探索那些适于精密表面处理的新型、高效的磨料以及这种磨料的制造方法是一项长期不懈的工作。

类似于金刚石的碳(“DLC”)是一种用等离子增强的物理汽相淀积(PVD)技术或者化学汽相淀积(CVD)技术淀积成涂层的非晶态含碳材料。这些材料被称作为“类似于金刚石的含碳材料”，因为其机械性能、光学性能和电学性能非常接近于天然金刚石。“类似于金刚石的”业已变成标准技术术语。例如，参阅关于金刚石和类似于金刚石的薄膜的第一届国际会议文集汇编、电化学协会，Vol.89-12(1989)。

在颗粒、表面以及纤维上涂覆类似于金刚石的碳膜涂层的许多方法是已知的。例如，汽相等离子喷射方法、电子回旋加速器/磁场辅助的化学汽相淀积(“CVD”)和其它CVD方法。所有的CVD方法的一般缺点是，它们的效率通常较低，它们必须应用微波能量在减压条件下进行，并且需涂布的表面必须能经受至少200-400℃的温度。更重要地，用CVD方法所得到的薄膜形成含显著量C-H键的类似于金刚石的微观结构。基于这个原因，由这种方法所形成的材料通常称作“氢化金刚石似的碳”或“HDLC”。用涂有“HDLC”的磨料颗粒所构成的制品，对于大多数目的而言，缺少足够的挠曲性，除非使用涂有HDLC的高成本丝类纤维。用改进的CVD方法可以制造成本较低和挠曲性较好的制品，但是仍然形成低质量的HDLC。

HDLC薄膜是不合需要的，因为它们是电介质或半导体，且易聚集静电荷。该性能对于任何研磨作用是有害的。因为灰尘和其它颗粒会聚集并粘附到磨料表面。在HDLC薄膜中氢的存在也限制了薄膜的硬度。

淀积类似于金刚石的碳(“DLC”)膜的物理汽相沉积(“PVD”)方法是已知的。日本公开专利No.H2-266926描述了在塑料衬底上淀积由PVD层形成的磨料带.该方法的缺点是，它不能产生显微硬度超过HDLC的研磨层。

从离子束中淀积碳离子的离子束、超高真空方法是已知的。虽然这种技术能产生高硬度的碳化物型薄膜，但是它们需要超高真空，且效率低，工艺复杂。

在本行业已知一种获得各种材料的真空凝聚物(包括DLC)的更简单方法。这种方法包括产生高度离子化的碳等离子体，并且周期性地将部分等离子体淀积在衬底表面上。这部分等离子体是在残余气体压力为大约10^-6乇真空中通过激光脉冲蒸发石墨且随后用真空电弧放电增强等离子体产物而制得。(参阅H.J.Scheibe and P.siemroth“Film Deposition by Laser-Induced Vacuum Arc Evapo-ration”in IEEE Transactions on Plasma Science，Vol 18，No.6，Dec，1990，917-922)

由于上述脉冲型淀积方法的短期性，可以在热破坏温度低的衬底例如塑料衬底上制得真空凝集物。然而，这些凝聚物通常显示不合需要的介电性能(参阅J.Krishnaswani，et al.，“Laser and PlasmaEnhanced Deposition of Diamond and Diamonl-Like film by Phys-ical and Chemical Vapor Depostion Technique，”in SPIE，Vol，1190，Laser-Optical Processing of Electronic Materials 1989，p.109-117)。

与上述脉冲方法有关的其它缺点是，高的激光器成本，对于脉冲激发器蒸发石墨而言激发真空电弧放电的不稳定性以及用于将激光辐射引入真空室的窗口迅速粉尘化。当所述的方法高速进行时，最后一种影响尤其值得注意。