CVD金刚石涂层拉丝模的研制与应用.pdf

2000年第34卷N413

CVD金刚石涂层拉丝模的研制与应用!

上海交通大学微电子技术研究所（200052）张志明沈荷生孙方宏何贤昶万永中

摘要：以市售大孔径（"!2mm）硬质合金拉丝模为衬底，经酸腐蚀去钴、研磨和还原处理后，以氢气和丙酮为
原料，用穿孔直拉热丝CVD法制备了金刚石涂层。利用扫描电镜和喇曼谱图对涂层均匀性进行了评估。初步应
用试验表明，金刚石涂层的附着力能满足实际拉伸要求，涂层拉丝模的工作寿命可提高3"5倍。
关键词：金刚石涂层，拉丝模，热丝CVD
FabricationandApplicationofCVDDiamond-coatedDrawingDie
ZhangZhiming!"#$

Abstract：Diamond-coatedfilmsaredepositedbystraighthotfilamentchemicalvapordeposition（CVD）passingthroughthe
apertureofdrawingdieusingamixtureofhydrogenandacetoneassourcegases.thesubstrateisdrawingdiemadebycemented
carbideswithlargeaperturediameter（"!2mm），andispretreatedbyvariousmethodsincludingColeachinginacidsolution，lap-
pinganddecarbonisation.thehomogenizationandstructureoffilmsarecharacterizedbyscanningelectronmicroscopyandraman
spectroscopy.theresultsofpreliminaryappliedtestsshowthattheadhesionofdiamond-coatedfilmcanmeettheneedofthe
practicaldrawing.theworkinglifetimeofthedrawingdiewiththediamond-coatedfilmcanincrease3"5times.
Keywords：diamond-coatedfilm，drawingdie，hotfilamentCVD
1引言原等表面处理，以保证金刚石涂层的质量及衬底与
金属拉丝，尤其是硬金属（或合金）的拉丝要求涂层间的附着力。这些表面预处理的作用可参阅文
拉丝模的模孔表面具有高硬度，以保证金属丝的尺献［2，3］。
寸精度和光洁度，并提高拉丝模的工作寿命。当拉涂层沉积采用热丝CVD法，但没有采用文献
丝模孔径较小时（#!1.5mm），模芯可采用天然或［1］报导的螺旋形钽丝，因为螺旋丝本身的径向尺寸
人造金刚石单晶、CVD金刚石厚膜、聚晶金刚石等较大，不利于拉丝模内孔表面的涂覆，而且在
材料。但当孔径大于2mm时，由于价格和技术等因2000C以上的高温时螺旋形热丝容易发生热变形，
素，采用大颗粒金刚石单晶和CVD金刚石厚膜十分轻则影响涂层的均匀性，重则可能导致沉积失败。
困难，虽然仍可采用聚晶金刚石片，但价格昂贵，因图1为金刚石涂层拉丝模制备装置示意图，其特点
此国内拉丝加工大多采用硬质合金拉丝模。但这种是采用一根穿过模孔的钽丝作为激励源热灯丝，该
拉丝模易磨损，工作寿命较短，难以适应高速拉丝的热丝用耐高温弹簧拉直，并处于拉丝模孔的轴心位
发展趋势。随着化学气相法（CVD法）沉积金刚石
薄膜技术的日趋成熟，综合考虑模具成本和使用效
果，比较合理的做法是在硬质合金拉丝模内孔表面
涂覆一层均匀的、附着力能满足使用要求的金刚石
薄膜［1］。本文介绍采用热丝CVD方法制备金刚石
涂层拉丝模，并研究了涂层的均匀性及初步应用。

2制备方法

衬底采用市售的YG6硬质合金拉丝模，尺寸规
格可选择16mm>14mm（孔径2"3mm）、22mm>
18mm（孔径3"6mm）和30mm>21mm（孔径6mm
以上）。沉积前，首先对衬底进行模孔尺寸修正，以
保证涂覆后拉丝模的孔径尺寸在公差范围以内。接
着进行酸腐蚀去钴、金刚石粉末研磨粗化和脱碳还
1.灯丝电源2.直流电源3.电极支架4.反应气体进口
5.拉丝模6.热灯丝7.衬底支撑台8.耐高温弹簧9.排气口
!国家863计划新材料领域资助项目（项目编号：715-002-0010）
图1金刚石涂层拉丝模制备装置示意图
收稿日期：1999年9月
14工具技术

置，使内孔表面温度在整个沉积过程中保持基本均量均较好，金刚石成份占绝对优势。由此可见，当孔
匀。为弥补单根热丝功率的不足，在热丝和拉丝模径大于3mm时，金刚石涂层质量的均匀性易于保证。