基于激光CVD技术的超硬涂层取向控制

基于激光CVD技术的超硬涂层取向控制

刊名：金属（日）

刊期：2013年第7期

作者：伊藤暁彦等

编译：张英才

对于切削工具、冲压模具、挖掘机掘进头等要求耐磨性和抗破损性能的工件大都使用碳化钨-钴系超硬合金，但钨属于战略稀有资源，用量受到限制。超硬工具的使用环境日益苛刻，在超硬合金上施加涂层成为必备的技术。

Al2O3具有硬度高、耐热性和耐氧化性优良、与金属摩擦时很少粘着等特点，是超硬工具硬质涂层的首选。Al2O3具有多种相结构，其中以α-Al2O3最适于用作硬质涂层。α-Al2O3为密排六方结构，已知取向为（001）面、（104）面的涂层工具比其它取向的寿命长。采用CVD技术制造涂层时，取向的控制非常困难。介绍了基于激光CVD技术进行涂层的取向控制方法。

反应炉采用冷壁炉，激光源为Nd:YAG激光器或半导体激光器，使用棱镜使光束扩大到能照射整块基板并通过石英窗导入到反应炉内。原料为铝的乙酰丙酮络合物，在原料炉中气化后用氩气输送进反应炉中。在使用激光CVD的情况下，Al2O3的成膜速度可达到每小时数十微米至数百微米，成膜温度也可以降低400K左右。生成的Al2O3膜的相结构及其取向与炉内压力、原料气化温度等参数有关。使用Nd:YAG激光器时，高的原料气化温度（433K）可以得到（001）面取向的α-Al2O3膜。采用半导体激光器时，成膜温度900K以上可生成α-Al2O3膜，取向随激光器输出功率上升而从（001）面转向其它取向。