CVD金刚石膜热化学抛光盘的研制

摘要

金刚石作为一种新型多功能材料，有着优异的力学、热学、光学、电子半导体及化学特性，在许多领域有着广阔的应用。CVD金刚石膜的成功研制，缓解了天然金刚石储量少，价格昂贵等问题，但由于其多晶取向的生长特性，表面质量差，难以被直接应用到生产中，因此CVD金刚石膜的抛光技术成为该产业的关键技术之一。
　　 目前许多的抛光方法中，热化学抛光方法具有较高的抛光效率。该方法利用高温下金刚石中碳原子向溶碳金属扩散和石墨化的原理，达到材料去除的目的，但由于其条件苛刻，抛光盘极易磨损，其表面形貌变差，造成与之对磨的金刚石膜表面质量不高。
　　 本文针对目前热化学抛光存在的问题，提出一种具有良好高温耐磨特性的FeAl合金抛光盘方案，并完成了相关抛光盘的研制及其抛光性能试验，主要的研究内容和结论如下：
　　 (1)采用新型金属间化合物FeAl合金作为抛光盘材料，利用粉末冶金的方法制备FeAl合金抛光盘。通过机械球磨的方法制备粉末冶金所用的合金粉体，研究了不同的球磨参数对机械合金化的影响。借助XRD图谱分析，确定球料比为10:1，过程控制剂为庚烷30ml，经过60小时球磨可得到细化良好的粉末。
　　 (2)利用热压烧结方法制备了用于热化学抛光的抛光盘，研究了烧结温度、烧结压力对FeAl粉体烧结的影响；研究了前期的球磨时间、硬质相TiC对烧结后材料性能的影响，得到了一组合理的烧结工艺参数：烧结温度为1200℃，保压温度为600℃，烧结压力为6t，添加适量TiC可以显著提高烧结材料的硬度。
　　 (3)利用制备的FeAl合金抛光盘和传统的304不锈钢抛光盘进行CVD金刚石膜的热化学抛光试验。试验结果表明：FeAl合金抛光盘表现出了良好的耐磨性，在相同的抛光条件下，其磨损体积仅为304不锈钢抛光盘的13.9％，而CVD金刚石膜试件的材料去除体积为采用304不锈钢时的2.63倍。
　　 (4)通过对比两种材料磨损后的微观形貌，可知FeAl合金抛光盘具有较好的高温特性，在温度较高时仍然具有较高的强度、刚度和抗氧化性，具有较好的面形保持性。而304不锈钢抛光盘在高温时强度低，抛光的过程中材料剥落较多，质量损失较大。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题背景及意义

1.1.1金刚石的微观结构及性质

1.1.2 CVD金刚石膜概述及应用

1.1.3 CVD金刚石膜加工技术

1.1.4热化学抛光技术及其对抛光盘材料的要求

1.2 Fe-Al金属间化合物

1.2.1铁铝基金属间化合物概述

1.2.2 Fe-Al合金相图和晶体结构

1.2.3 Fe-Al金属间化合物性能及应用

1.2.4 Fe-Al金属间化合物的制备

1.3 FeAl合金在CVD金刚石膜热化学抛光中的优势

1.4课题来源、学术思想和预期达到的效果

1.5主要研究内容

2热化学抛光CVD金刚石膜抛光盘材料的制备研究

2.1抛光盘的制备技术路线

2.2成分的确定

2.3测试方法

2.4高能球磨技术

2.4.1高能球磨技术概述

2.4.2高能球磨技术的基本原理

2.4.3球磨参数对机械合金化的影响

2.5小结

3抛光盘材料的机械合金化工艺

3.1试验器材

3.2试验过程

3.2.1清洗钢球和球罐

3.2.2球磨

3.2.3出料

3.2.4截面观察方法

3.3结果与讨论

3.3.1合金化过程

3.3.2球磨参数对合金化的影响

3.4小结

4抛光盘的热压烧结工艺

4.1热压烧结技术概述

4.1.1热压烧结的基本原理

4.1.2影响烧结的因素

4.2热压烧结过程

4.2.1热压烧结示意图及设备

4.2.2烧结参数试验

4.2.3最终烧结参数

4.3结果与讨论

4.3.1烧结材料性能检测

4.3.2确定合适的抛光盘制备工艺

4.4 小结

5热化学抛光CVD金刚石膜试验

5.1试验条件

5.1.1试验装置

5.1.2金刚石膜的装夹

5.2 CVD金刚石膜热化学抛光结果

5.3 FeAl合金抛光盘的磨损特性

5.4 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢