尝试在线脉冲偏压粒子改变高钴含量硬质合金至金刚石膜的界面性能

In this project, be means of combining interfacial transition by pulsed-bias particle with film adhesion characterization, the bias particle in in-situ hot-filament chemical vapor deposition will be employed to control the interfacial property of silicon carbide, and a diamond film with good adhesion on the high cobalt carbide will be synthesized, where such film will not suffer from erosion pretreatment as well as vacuum interrupt during deposition; the adhesion characterization will be searched for along with the application on super-deep drilling bit. Conceptually, we envisage that interaction to three links: (i) bias-enhanced nucleation (BEN), (ii) orientation by BEN, and (iii) SiC transitional layer in the in-situ HFCVD process can be established by comparison of their results from systemic characterization of film structures and behaviours. The adhesion characterization will explored by comparing the test results of the film internal stress and performance. The relationship among the adhesion, pulsed particle and cobalt content will be revealed so as to extend the industrial application of such diamond film to surface modification for special mechanisms.

本项目将脉冲偏压粒子调控界面过渡和金刚石附着力表征结合起来研究，利用在线热丝化学气相沉积中的偏压粒子调控碳化硅过渡层的界面特性，制备和高钴含量硬质合金结合强度高的金刚石薄膜，该薄膜有无需侵蚀预处理和无需在沉积期间破坏真空的特点；探索金刚石薄膜附着性能的表征方法和在超深钻探钻头上的应用。通过系统表征薄膜结构和性能，建立起三个环节的内在关联和互动（1）负偏压增强形核；（2）择优取向；（3）SiC过渡层。比对薄膜内应力和性能测试结果，尝试薄膜附着强度的表征方法；逐步揭示附着强度与偏压粒子、钴含量之间的内在关系，拓展金刚石镀膜硬质合金工具在特种机械零件表面上的产业化应用。

本项目将脉冲偏压粒子调控界面过渡和金刚石附着力表征结合起来研究。申请人带领项目组成员一起利用在线热丝化学气相沉积中的偏压粒子调控碳化硅过渡层的界面特性，制备和高钴含量硬质合金结合强度高的金刚石薄膜，该薄膜有无需侵蚀预处理和无需在沉积期间破坏真空的特点；探索金刚石薄膜附着性能的表征方法和在超深钻探钻头上的应用。通过系统表征薄膜结构和性能，建立起三个环节的内在关联和互动（1）负偏压增强形核；（2）择优取向；（3）SiC过渡层。比对薄膜内应力和性能测试结果，尝试薄膜附着强度的表征方法；逐步揭示附着强度与偏压粒子、钴含量之间的内在关系，拓展金刚石镀膜硬质合金工具在特种机械零件表面上的产业化应用。系统考察了脉冲负偏压加速粒子对在线沉积高钴定向金刚石膜成核和生长的影响规律，判明偏压作用机理、界面过渡改善机理和膜基结合强度的表征方法，为探寻在高钴硬质合金上制备定向金刚石膜和结合强度表征研究提供可靠的实验判定依据和方向性指导。揭示不同晶粒粒径、晶界间距、择优取向对膜基界面过渡性能的作用机理，尝试合成薄膜在超深钻探钻头应用的可能性，为金刚石膜在关键特种机械零件上的产业化应用提供有力的参考依据。按项目预期目标和年度计划开展研究工作。在学校资助下，购置并安装了项目所需要的金刚石生长炉，取得了部分实验数据和研究成果。实验设备的安装和使用期间遇到的问题有两个：（1）设备实际调研和调试的时间比预想的长了两个月。（2）使用期间，因学校安全检查和敏感时期的实验室整改，多次停滞，耽搁实验工作有一年。这次期间，课题组一方面积极配合推进，另一方面因地制宜展开了相关研究工作，并取得了多项研究成果，包括石墨烯膜、界面碳化、选择性吸收薄膜、航空液压油污染、可控震源消噪、金刚石镀膜电极和微型针金刚石镀膜。