[发明专利]一种立方氮化硼涂层刀具及其制备方法

权利要求书

1.一种立方氮化硼涂层刀具的制备方法，其包括以下步骤：

(一)掺硼类金刚石过渡层的沉积、或掺硼金刚石/类金刚石复合过渡层的沉积：

其中，所述掺硼类金刚石过渡层的沉积包括：利用微波等离子体化学气相沉积或热丝化学气相沉积技术在刀具基体衬底上沉积掺硼类金刚石，得到表面具有掺硼类金刚石过渡层的衬底；

所述掺硼金刚石/类金刚石复合过渡层的沉积包括：

(1)掺硼类金刚石过渡层的沉积：利用微波等离子体化学气相沉积或热丝化学气相沉积技术在刀具基体衬底上沉积掺硼类金刚石，得到表面具有掺硼类金刚石过渡层的衬底；

(2)掺硼金刚石/类金刚石复合过渡层的沉积：利用微波等离子体化学气相沉积或热丝化学气相沉积技术在表面具有掺硼类金刚石过渡层的衬底上沉积掺硼金刚石，得到表面具有掺硼金刚石/类金刚石复合过渡层的衬底；

(二)立方氮化硼涂层的沉积：利用微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积技术在表面具有掺硼类金刚石过渡层的衬底、或表面具有掺硼金刚石/类金刚石复合过渡层的衬底上沉积立方氮化硼涂层，得到所述的立方氮化硼涂层刀具；

其中，所述微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积技术采用的衬底偏压为-20至-30V；

所述立方氮化硼涂层的厚度为2μm～6μm。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，利用微波等离子体化学气相沉积技术在刀具基体衬底上沉积掺硼类金刚石的工艺参数为：微波功率为1000～1500W，衬底温度为200～500℃，反应气压为2～10Torr，含碳气源占气体总体积的1～5％，含硼气源占气体总体积的1000～10000ppm，气体总流量为100～300sccm；

利用热丝化学气相沉积技术在刀具基体衬底上沉积掺硼类金刚石的工艺参数为：热丝与衬底的距离为6～12mm，热丝温度为2000～2500℃，衬底温度为200～500℃，反应气压为3～10Torr，含碳气源占气体总体积的1～5％，含硼气源占气体总体积的1000～10000ppm，气体总流量为100～400sccm；

优选地，所述掺硼类金刚石过渡层的厚度为1～5μm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，利用微波等离子体化学气相沉积技术在表面具有掺硼类金刚石过渡层的衬底上沉积掺硼金刚石的工艺参数为：微波功率为1000～1500W，衬底温度为600～800℃，反应气压为10～40Torr，含碳气源占气体总体积的0.5～2％，含硼气源占气体总体积的1000～12000ppm，气体总流量为100～300sccm；

利用热丝化学气相沉积技术在表面具有掺硼类金刚石过渡层的衬底上沉积掺硼金刚石的工艺参数为：热丝与衬底的距离为4～10mm，热丝温度为2000～2700℃，衬底温度为600～800℃，反应气压为10～30Torr，含碳气源占气体总体积的0.5～2％，含硼气源占气体总体积的1000～12000ppm，气体总流量为200～400sccm；

优选地，所述掺硼金刚石/类金刚石复合过渡层的厚度为5～15μm。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其中，所述含碳气源包括甲烷和/或乙炔；所述含硼气源包括乙硼烷、三甲基硼和三甲基环三硼氧烷中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤(二)具体包括：将表面具有掺硼类金刚石过渡层的衬底、或表面具有掺硼金刚石/类金刚石复合过渡层的衬底放入微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积设备中，先通入BF₃、He、N₂、Ar的混合气，用偏压+10～+20V刻蚀几分钟，对表面具有掺硼类金刚石过渡层的衬底、或表面具有掺硼金刚石/类金刚石复合过渡层的衬底进行清洁处理；然后在持续通入BF₃、He、N₂、Ar的基础上通入H₂，进行立方氮化硼涂层的沉积，得到所述的立方氮化硼涂层刀具。