剛石涂層是近幾年研究成功的新型刀具涂層材料，這種涂層刀具特別適用于加工非黑色金屬及纖維材料。金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀片及整體硬質(zhì)合金多刃刀具在加工印刷線路板和硅鋁合金等材料已取得很大的成功，刀具壽命比未涂層硬質(zhì)合金刀具提高數(shù)十倍。

美國科學(xué)家發(fā)明了一種廉價(jià)快捷地生產(chǎn)人造金剛石(PCD)的新方法，它有望使金剛石涂層得到更廣泛的工業(yè)應(yīng)用。雖然應(yīng)用這項(xiàng)新技術(shù)生產(chǎn)出的金剛石顆粒尺寸不超過10nm，用它不可能造出寶石級的金剛石，但它卻能降低金剛石涂層的生產(chǎn)成本，易于制造對材料硬度等性能有特殊需求的工件，如金剛石涂層刀具、剎車墊等。

金剛石的組成成分是純碳。迄今人們已經(jīng)能夠從碳化硅中去掉硅元素，制成納米級的金剮石。但現(xiàn)有技術(shù)需要在極高壓力下進(jìn)行，或通過高能等離子體噴射法來實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量低。美國得克薩斯州德雷克塞爾大學(xué)的科學(xué)家成功地在一個大氣壓的條件下制取出了納米級金剛石。研究人員將碳化硅放在氯氣和氫氣的混合物中，然后將其加熱到1000℃。氯氣與硅發(fā)生反應(yīng)時(shí)，余下的碳原子就會重新自我組合，形成各種納米級的碳材料薄膜．其中有金剛石晶體，也有石墨、碳納米管和六方金剛石等。氫氣使得這種轉(zhuǎn)換可以穩(wěn)定地進(jìn)行。

制取出的碳薄膜的硬度與金剛石基本相當(dāng)。而且其特殊結(jié)構(gòu)可以使之具有多種用途的性能，諸如可滲透、可導(dǎo)電等。這不僅能降低傳統(tǒng)金剛石涂層產(chǎn)品的制造成本，還有望擴(kuò)大金剛石涂層的應(yīng)用范圍，例如平面顯示器、分子濾網(wǎng)等。

CVD金剛石涂層采用了許多金剛石合成技術(shù)．普通的是熱絲法、微波等離子法和d、c等離子噴射法。通過改進(jìn)涂層方法和涂層的粘結(jié)，已生產(chǎn)出金剛石涂層硬質(zhì)合金刀具，并在加工非鐵及非金屬材料方面起著重要的作用。

2. 立方氮化硼(CBN)涂層

立方氮化硼(CBN)是氮化硼的高溫高壓相，它是第二種硬的材料(僅次于金剛石達(dá)60Gpa)，其結(jié)構(gòu)類似于金剛石，但CBN對于熱鐵、熱鋼和氧化環(huán)境具有化學(xué)惰性，在氧化時(shí)，形成一薄層氧化硼。此氧化物層給涂層提供了化學(xué)穩(wěn)定性．因此它在加工硬的鐵材(50～65HRC)、灰鑄鐵、高溫合金和燒結(jié)的粉末金屬時(shí)具有明顯的優(yōu)越性。

許多科研人員試圖用CVD和PVD技術(shù)沉積立方氮化硼薄膜。試驗(yàn)結(jié)果表明．在合成CBN相、對硬質(zhì)合金基體的良好粘結(jié)和合適的顯微硬度等方面已取得一定的進(jìn)展。目前沉積在硬質(zhì)合金基體上的立方氮化硼膜厚******僅為0.2～0.5μm，若想達(dá)到商品化，則必須采用可靠的技術(shù)來沉積高純的、經(jīng)濟(jì)的CBN薄膜．其膜厚應(yīng)在3～5μm，并在實(shí)際金屬切削加工中證實(shí)其效果。

CVD涂層硬質(zhì)合金刀具的使用已取得迅速發(fā)展．MT-CVD涂層的韌性超過HT-CVD涂層。但是除了沉積TiCN涂層之外，若想擴(kuò)展這項(xiàng)涂層技術(shù)，至今還不能實(shí)現(xiàn)。等離子輔助CVD涂層也有類似的優(yōu)越性，但涂層成分也受到限制。人們期望采用低溫沉積方法能夠生產(chǎn)出新的涂層成分。

新的PVD涂層材料的發(fā)展，包括PVD涂層Al2O3和PVD多涂層將擴(kuò)大PVD涂層刀具的應(yīng)用范圍。這對CVD涂層將是一種挑戰(zhàn)。

CVD和PVD的復(fù)合涂層是完全能夠?qū)崿F(xiàn)的。TiN/NbN．TiN/Ni和TiN/NiCr的超點(diǎn)陣涂層與那些單相氮化物相比，具有較高的硬度，它們有望在金屬切削加工中得到應(yīng)用。工藝經(jīng)濟(jì)性的改進(jìn)將增加使用金剛石涂層刀具的可能．然而它們的應(yīng)用范圍只限于非鐵金屬。突破性的發(fā)展?jié)摿耐杏诹⒎降?CBN)涂層硬質(zhì)合金刀具．這種材料可用于加工超過當(dāng)今被加工材料75%的鐵材。

3. HPPC涂層

1986年美國威斯康辛大學(xué)開發(fā)了一種新技術(shù)．即將被處理物體置于等離子環(huán)境中，外加高電壓脈沖，從而可在三維形狀物體表面注入離子。此項(xiàng)技術(shù)的全稱是Plasma Source Ion Implantation，簡稱PSII技術(shù)。1993年9月。在日本金澤市召開的SMMID93國際會議上。由J R Conrad博士發(fā)表特別講演．將該項(xiàng)技術(shù)介紹到日本。從1998～2000年，日本組織產(chǎn)業(yè)界、高等院校和研究機(jī)構(gòu)通力合作，經(jīng)過3年反復(fù)試驗(yàn)研究．終于在PSII基礎(chǔ)上開發(fā)出一種全新的涂層技術(shù)。即Hybrid Pulse Plasma Coating系統(tǒng)。簡稱HPPC技術(shù)。

PSII技術(shù)是在被加工物體處于靜止?fàn)顟B(tài)(無自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn))時(shí)，在其三維復(fù)雜形狀的表面注入離子，從而達(dá)到改善表面物質(zhì)性能的效果。PSII技術(shù)的原理是：對置于等離子環(huán)境中的物體外加負(fù)值高電壓，以在物體附近形成無電子包層，通過該包層外加高電壓。使等離子端部的離子被垂直注入于物體表面。新開發(fā)的HPPC系統(tǒng)中，其真空容器的內(nèi)部容積為1m3，負(fù)值高電壓脈沖的外加電壓為20kV．脈沖寬度為5～20μs。HPPC系統(tǒng)中，原料氣體的脈沖化、高密度脈沖等離子的形成、外加高電壓脈沖的施加、真空排氣等均由脈沖控制。

HPPC系統(tǒng)使用甲苯氣體作為原料氣體時(shí)，施加由PSII進(jìn)行混合時(shí)的脈沖電壓，便可將類金剛碳(DLC)膜鍍覆在硬質(zhì)合金基體上。通過試驗(yàn)可知，加大混合時(shí)的電壓。即可獲得結(jié)合強(qiáng)度良好的DLC鍍膜。在成膜過程中．條件掌握得當(dāng)，可獲得100N以上的高結(jié)合強(qiáng)度DLC鍍膜。進(jìn)行復(fù)雜形狀模具均勻涂鍍試驗(yàn)時(shí)，D為溝槽深度，d為開口部寬度，D/d為縱橫尺寸比．D/d=4時(shí)進(jìn)行均勻涂鍍試驗(yàn)。試件尺寸10mm×10mm×5mm，采用傳統(tǒng)的離子涂鍍方法．只有在D/d=1的情況下才能形成有效鍍膜．而采用HPPC系統(tǒng)．則可在深槽底部及側(cè)壁均可形成有效鍍膜。另外，還對有機(jī)金屬(Si(OC2H6)4)氣化后進(jìn)行了陶瓷涂層試驗(yàn)。結(jié)果表明．采用的方法不同．膜厚比的差異也很大。如用等離子CVD工藝所獲鍍膜的膜厚比為2.0．而采用HPPC系統(tǒng)所獲鍍膜的膜厚比為1.3，其鍍膜的均勻性明顯優(yōu)于前者。