基于激光CVD技術的超硬涂層取向控制

基于激光CVD技術的超硬涂層取向控制

刊名：金屬（日）

刊期：2013年第7期

作者：伊藤暁彥等

編譯：張英才

對于切削工具、沖壓模具、挖掘機掘進頭等要求耐磨性和抗破損性能的工件大都使用碳化鎢-鈷系超硬合金，但鎢屬于戰(zhàn)略稀有資源，用量受到限制。超硬工具的使用環(huán)境日益苛刻，在超硬合金上施加涂層成為必備的技術。

Al2O3具有硬度高、耐熱性和耐氧化性優(yōu)良、與金屬摩擦時很少粘著等特點，是超硬工具硬質涂層的首選。Al2O3具有多種相結構，其中以α-Al2O3最適于用作硬質涂層。α-Al2O3為密排六方結構，已知取向為（001）面、（104）面的涂層工具比其它取向的壽命長。采用CVD技術制造涂層時，取向的控制非常困難。介紹了基于激光CVD技術進行涂層的取向控制方法。

反應爐采用冷壁爐，激光源為Nd:YAG激光器或半導體激光器，使用棱鏡使光束擴大到能照射整塊基板并通過石英窗導入到反應爐內。原料為鋁的乙酰丙酮絡合物，在原料爐中氣化后用氬氣輸送進反應爐中。在使用激光CVD的情況下，Al2O3的成膜速度可達到每小時數十微米至數百微米，成膜溫度也可以降低400K左右。生成的Al2O3膜的相結構及其取向與爐內壓力、原料氣化溫度等參數有關。使用Nd:YAG激光器時，高的原料氣化溫度（433K）可以得到（001）面取向的α-Al2O3膜。采用半導體激光器時，成膜溫度900K以上可生成α-Al2O3膜，取向隨激光器輸出功率上升而從（001）面轉向其它取向。