【摘要】：CVD金剛石涂層具有硬度高、熱導(dǎo)率高、絕緣性好、耐高溫等特點(diǎn),因此廣泛沉積于各類刀具表面,以增強(qiáng)刀具表面硬度、耐磨性、以及使用壽命。但沉積的金剛石涂層具有較高的表面粗糙度,嚴(yán)重制約了在精密領(lǐng)域上的應(yīng)用。因此,獲得低的粗糙度表面是迫切需要解決的難題。雖然傳統(tǒng)激光拋光技術(shù)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中取得了一些成果,但存在成本高,效率低等缺點(diǎn),不適合對(duì)金剛石涂層進(jìn)行拋光。由于飛秒激光具有脈沖寬度短、峰值功率高、加工熱影響區(qū)小等優(yōu)勢(shì),所以本課題采用飛秒激光對(duì)CVD金剛石涂層進(jìn)行超精密拋光。其主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)總結(jié)了CVD金剛石涂層拋光現(xiàn)狀。結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn),概括CVD金剛石的傳統(tǒng)拋光法存在的問題與不足。對(duì)此,提出飛秒激光拋光的新方法,并闡述了飛秒激光加工超硬材料的研究進(jìn)展。(2)開展了飛秒激光與CVD金剛石涂層能量耦合及相互作用機(jī)理研究。建立了飛秒激光熱源產(chǎn)生及熱源能量分布的數(shù)學(xué)模型,并對(duì)材料與飛秒激光能量相互耦合過程中產(chǎn)生的多光子電離、雪崩電離、相爆炸、庫倫爆炸以及周期性條紋結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)性闡述,得出CVD金剛石涂層在飛秒激光作用下燒蝕去除的本質(zhì)。(3)開展了飛秒激光拋光CVD金剛石涂層的試驗(yàn)研究。分析不同的飛秒激光加工參數(shù)(激光功率、重復(fù)頻率、掃描速度)對(duì)加工結(jié)果的影響,結(jié)果顯示:飛秒激光功率和掃描速度對(duì)表面粗糙度、表面微觀形貌以及材料去除率有很大的影響;而重復(fù)頻率對(duì)加工結(jié)果影響較小。通過多組試驗(yàn)分析得出:在飛秒激光功率100mW,掃描速度1.6mm/s時(shí),拋光CVD金剛石涂層表面得到的粗糙度最低約為0.149μm;采用白光干涉儀、掃描電鏡、拉曼光譜對(duì)金剛石涂層進(jìn)行檢測(cè)表征,結(jié)果表明:飛秒激光拋光區(qū)域不僅粗糙度明顯降低,而且涂層表面更具有致密性以及無嚴(yán)重程度石墨化,基本符合CVD金剛石涂層低摩擦表面的要求;依據(jù)燒蝕切口形貌建立數(shù)學(xué)模型,通過數(shù)值擬合方法得出CVD金剛石涂層在不同功率下的最大去除率,從而提高了激光能量的利用率。
【圖文】：

安徽建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 電子發(fā)生雜化時(shí)，即導(dǎo)致了金剛石和石墨的形成。金剛石結(jié)構(gòu):金剛石是典型的原子晶體，其電子結(jié)構(gòu)式為2 1 1 1 1x y zC:1s 2s 2p 2p 2p，核外電子發(fā)生3sp 雜化生成四個(gè)分別與其他碳原子相結(jié)合的 鍵，如圖 1.1(a)所示在金剛石晶體中，一個(gè)碳原子在四面體中心，另外四個(gè)碳原子分別在 鍵相連的頂上，兩鍵夾角為 109028'，鍵長(zhǎng)約為 0.1544450nm。石墨結(jié)構(gòu):在石墨晶體中，，碳原子2s軌道上一個(gè)電子轉(zhuǎn)移至2p軌道，即2sp 雜化產(chǎn)生三個(gè) 鍵分別與其他碳原子相結(jié)合，如下圖 1.1(b)所示，其電子結(jié)構(gòu)式。三個(gè) 鍵呈平面分布，且鍵鍵夾角為 1200。另外一個(gè)未雜化zp 軌道上電子與另外碳原子中的 電子相結(jié)合生成 π 鍵，且位于 鍵的上下方。此，石墨是平面多層狀的晶體。

電阻率/Ω.cm 1016＞1012擊穿電壓/（V/cm） 3.5E6電子遷移率/[cm2/(V.s)] 2200空穴遷移率/[cm2/(V.s)] 1600飽和電子漂移速度/（cm/s） 2.5E7相對(duì)介電常數(shù) 3.2 5.5產(chǎn)生電子空穴對(duì)能量/eV 131.2.1.5 金剛石涂層表征金剛石涂層主要是多晶金剛石薄膜，現(xiàn)如今金剛石薄膜主要由低壓化學(xué)氣相形成。目前，可用掃描電鏡、拉曼光譜、XRD 等儀器對(duì)金剛石薄膜來進(jìn)行表征析。借用掃描電鏡可以觀察金剛石薄膜表面微觀形貌、晶型以及形核密度，如圖（a）所示，借用拉曼光譜可對(duì)金剛石薄膜的碳相成分進(jìn)行分析檢測(cè)，如圖 1.2所示[1]。
【學(xué)位授予單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN249;TB306

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本文編號(hào)：2661126