基于激光CVD技術(shù)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(shù)。

Al2O3具有硬度高、耐熱性和耐氧化性優(yōu)良、與金屬摩擦?xí)r很少粘著等特點，是超硬工具硬質(zhì)涂層的首選。Al2O3具有多種相結(jié)構(gòu)，其中以α-Al2O3最適于用作硬質(zhì)涂層。α-Al2O3為密排六方結(jié)構(gòu)，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(shù)制造涂層時，取向的控制非常困難。介紹了基于激光CVD技術(shù)進行涂層的取向控制方法。

反應(yīng)爐采用冷壁爐，激光源為Nd:YAG激光器或半導(dǎo)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(dǎo)入到反應(yīng)爐內(nèi)。原料為鋁的乙酰丙酮絡(luò)合物，在原料爐中氣化后用氬氣輸送進反應(yīng)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(shù)十微米至數(shù)百微米，成膜溫度也可以降低400K左右。生成的Al2O3膜的相結(jié)構(gòu)及其取向與爐內(nèi)壓力、原料氣化溫度等參數(shù)有關(guān)。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(dǎo)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(zhuǎn)向其它取向。