[发明专利]一种制作金刚石薄膜刀具、工具的方法

说明书

本发明涉及一种金刚石薄膜刀具、工具的制备方法，具体涉及CVD金刚石膜后切割成刀具的制备方法。

制做金刚石薄膜刀具的传统方法早已公开，是把待使用的刀片经处理后直接放在涂覆炉里涂覆金刚石薄膜，然后直接使用。如参考文献：1.N.kikuchi，H.eto，T.okamura and H.Yoshjmura，Applications ofDiamend Films and Related Material.(c)Eleselier SciencePublishers BV，1991；2.Michael Seal，Applications of Diamond Films and Related Materials.Third International Conference 1995。

这些文章所描述的方法由于以下缺点，使得金刚石薄膜刀具的生产、使用受到限制。1.很难在刀片锋利的刃口上均匀涂覆金刚石薄膜，因为在锋利的刃口上很难进行涂覆金刚石薄膜前的处理工作，比如用金刚石粉研磨，导致锋利的刃口由于未很好进行前处理而不易涂覆；还因为涂覆所用气体在涂覆炉里快速流动，在锋利的刃口处引起的边缘效应会使在刃口处的涂覆很困难；另外，涂覆时也很难控制刃口温度均匀一致，而不均匀的温度分布不能得到均匀涂覆。2.在刀具锋利的刃口上涂覆金刚石薄膜其厚度难以掌握，会使刃口变钝而限制刀具的使用范围。3.直接涂覆的金刚石薄膜刀具刃口无法抛光，使刀具在使用过程中易粘刀，影响刀具的使用。4，直接涂覆的刀片是整体涂覆的，利用率低，生产效率低。5，直接涂覆的刀片只能一次性使用。

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，提供一种方法，仅在刀具刃口涂覆，而无需涂覆其它面。

本发明的金刚石刀具的制备方法包括：在刃具基质上CVD涂覆金刚石，按所需刀头形状切割；或者将按刀头形状切割好的刃具基质基本拼成一体再进行CVD涂覆金刚石膜；然后抛光刀头金刚石膜面；焊接在刀体上，用磨刀机精修。

这样做导致在大片的刃具基质上的涂覆前处理，例如用金刚石粉研磨刃具基质表面变得很简单，在刀尖刃口处涂覆所引起的边缘效应影响不复存在，大片刃具基质在涂覆时温度控制非常容易，这三点对涂覆金刚石膜非常重要。

图1是本发明制备车刀的一个实施方案简图。

图2是本发明制备铣刀的一个实施方案简图。

图3是本发明制备铣刀的一个实施方案简图。其中：101指已涂覆金刚石薄膜的刃具基质；102指已切割的刀粒；103指已完成的金刚石薄膜车刀。201指已涂覆金刚石薄膜的刃具基质；202指已切割的刀片；203指已完成的金刚石簿膜铣刀。301指已涂覆金刚石薄膜的刃具基质；302指已切割的刀片；303指已完成的金刚石簿膜铣刀。

在涂覆金刚石薄膜的刃具基质应用较多是硬质合金、钢铁类等，由于这些材料的热膨胀系数比金刚石大几倍，在涂覆时从700℃以上的温度降到室温过程中，由于热应力的影响，如果金刚石膜较厚，则易脱落或影响使用效果；若金刚石膜太薄则没有金刚石应带来的明显效果，因此本发明金刚石膜厚度优选1-100微米，更优选5-50微米。

在刃具基质涂覆CVD金刚石薄膜时，对基质的表面形状没有特殊限制，例如可以是平面、球面、柱面或其它形状。这就极大拓展了本发明的应用范围。涂覆金刚石膜的表面既可以作为刀具的前刀面，也可作为后刀面，只要保证切削刃上有金刚石膜即可，利用上述特点可以制做金刚石薄膜车刀、铣刀、成形刀具、钻头等。

用CVD的许多方法都可在刃具基质表面涂覆金刚石薄膜，在涂覆前都要对刃具基质表面进行预处理。直流等离子喷射方法的特点是涂覆快，可达40微米/小时，涂层与基质结合良好，涂层整体比较均匀，但刃具基质温度较难控制。本申请人经过长期试验找到所用涂覆工艺的优选参数：气体选用氢气，氩气，甲烷，甲烷/氢气在1％-3％，涂覆温度为700℃-950℃，涂覆压力1KP-10KP。

另外，热丝CVD的特点是刃具基质的表层温度较好控制，涂层均匀。所以本申请人还进行了热丝CVD试验，找到的优选参数是：涂覆速率为5-20微米/小时，涂覆温度700℃-900℃，涂覆压力2KP-8KP，偏流为0.1-0.4A/cm²，所用气体为氢气，甲烷，甲烷/氢气为1％-3％(流量比)。