涂覆的金刚石.pdf

本发明涉及涂覆的金刚石，其包含：金刚石基材；碳化物形成元素的初级碳化物层；高熔点金属的次级层，所述金属选自W、Mo、Cr、Ni、Ta、Au、Pt、Pd或者其任何组合或合金，该次级层基本没有来自初级层的碳化物形成元素；和Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re、其任何组合或合金的外覆层，次级层的金属不同于外覆层的金属。本发明还涉及制备这样的涂覆金刚石和包括该涂覆金刚石的含磨料工具的方法。

1.  涂覆的金刚石，包含：
·金刚石基材；
·碳化物形成元素的初级碳化物层；
·高熔点金属的次级层，所述高熔点金属选自W、Mo、Cr、Ni、Ta、Au、Pt、Pd或者其任何组合或合金，该次级层基本没有来自初级层的碳化物形成元素；和
·Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re、其任何组合或合金的外覆层，次级层的金属不同于外覆层的金属。

2.  根据权利要求1的涂覆的金刚石，其中碳化物形成元素选自Ti、Cr和Mo。

3.  根据权利要求1或权利要求2的涂覆的金刚石，其中金刚石基材是金刚石磨粒，该金刚石磨粒选自源于高压高温合成技术的金刚石、CVD金刚石、多晶金刚石(PCD)、硼掺杂的金刚石、单晶金刚石和天然金刚石。

4.  根据权利要求3的涂覆的金刚石，其中金刚石磨粒的尺寸为0.01μm-20mm。

5.  根据任一在前权利要求的涂覆的金刚石，其中通过CVD或PVD施加初级碳化物层，通过PVD或CVD施加次级层，且通过PVD或电解沉积或无电沉积施加外覆层。

6.  根据任一在前权利要求的涂覆的金刚石，其中初级碳化物层是碳化钛、次级层是钨且外覆层是银。

7.  制备涂覆的金刚石材料的方法，该方法包括步骤：
·提供金刚石基材；
·用碳化物形成元素的初级碳化物层来涂覆金刚石基材；
·用高熔点金属的次级层涂覆初级层，所述高熔点金属选自W、Mo、Cr、Ni、Ta、Au、Pt、Pd或其任何组合或合金；及
·用Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re、其任何组合或合金的外覆层涂覆次级层，次级层的金属不同于外覆层的金属。

8.  根据权利要求7的方法，其中金刚石基材是金刚石磨粒，该金刚石磨粒选自源于高压高温合成技术的金刚石、CVD金刚石、多晶金刚石(PCD)、单晶金刚石和天然金刚石。

9.  根据权利要求7或8的方法，其中碳化物形成元素选自Ti、Cr和Mo。

10.  根据权利要求7-9中任一项的方法，其中通过CVD或PVD施加初级碳化物层，通过PVD或CVD施加次级层，且通过PVD或电解沉积或无电沉积施加外覆层。

11.  根据权利要求7-10中任一项的方法，其中初级碳化物层是碳化钛、次级层是钨且外覆层是银。

12.  含有磨料的工具，包括根据权利要求1-6中任一项所述的涂覆的金刚石磨粒、单晶金刚石、CVD金刚石或PCD。

13.  根据权利要求12的含有磨料的工具，其选自：用于锯条的切片、锯条本身、钻机、用于金刚石线带锯条的串珠、弓形锯、取芯钻头、线绳串珠、螺旋钻头、耐磨零件、砂轮、磨头、旋转式修整器、用于单头或多头旋转式修整器的修整器头、轮廓修整器、直式和异型刳刨工具、磨杯、单刃刀具、校准轧辊、拉丝模、单刃车刀、量具材料、硬面堆焊体、和含有涂覆的超硬磨料的烧结切片。

14.  根据权利要求1-6中任一项的涂覆的金刚石磨粒、硼掺杂的金刚石、单晶金刚石、CVD金刚石或PCD的用途，其用于氧化性钎焊方法，用于非氧化环境包括在真空下和/或在还原环境中。

涂覆的金刚石
序言
本发明涉及涂覆的金刚石颗粒，制造这种涂覆的金刚石颗粒的方法，及其在工具中的用途。特别地，本发明涉及涂覆有初级涂层、次级涂层和外覆层(overcoat)的金刚石颗粒。
发明背景
本发明涉及涂覆的金刚石材料，制备这样的材料的方法，以及包含该涂覆的金刚石材料的含磨料工具。特别地，本发明涉及涂覆的金刚石磨粒，以及在空气中钎焊时这样的磨粒的用途。
磨料颗粒例如金刚石通常用于切割、研磨、钻孔、锯切和抛光用途。一种制备用于上述用途的工具的方法是钎焊。然而，在钎焊过程中，在金刚石和钎焊材料之间难以获得足够的结合，这是因为标准钎料(braze)对于金刚石表面的不良润湿性。相比之下，所谓的活性钎焊材料含有能够使钎料与金刚石表面结合的碳化物形成元素例如Ti或Cr，从而允许在真空炉中使未涂覆的金刚石得到钎焊。这样做的机理是，当将钎焊合金加热到高于约750℃并变为液体时，在碳化物形成元素和金刚石表面的碳之间形成结合。该反应允许液体钎焊合金润湿金刚石表面。当冷却并凝固时，通过凝固的钎焊合金使金刚石结合在适当位置。需要使用真空(或无氧气氛)以阻止钎焊材料和金刚石发生氧化。
已尝试将涂层置于金刚石上以抑制金刚石因氧化导致的劣化，并允许被标准钎料润湿。然而，大多数涂层具有的问题是，在制备工具中需要非氧化环境以便防止损害涂层。通常，通过强真空的存在，通过使用惰性气体例如氮气和氩气，或者用氢气还原来获得非氧化环境。涂层的氧化可影响涂层在钎料中的保持力以及涂层的润湿性。此外，由涂层提供的任何保护可受到损害。当在氧化环境中进行钎焊时，这些事件限制了由涂层提供的益处。
因此，通常在具有惰性气体的真空中并利用非常特定的钎料进行钎焊，所有这些使得钎焊方法相对困难和昂贵。因此，具有能够在空气中使用相对廉价的标准钎料/焊剂系统进行钎焊的金刚石产品将简化钎焊方法并降低成本。
在US5647878(Iacovangelo等人，GE，1997)和US5500248(Iacovangelo等人，GE，1996)中，作者记载了在化学气相沉积(CVD)金刚石镶嵌件上通过施加双层涂层克服了上述问题，所述双层涂层由WTi结合层和保护性钎料相容外覆层例如Ag构成。据显示，在制备环境中，可使用标准钎料将双层涂覆的金刚石镶嵌件空气钎焊到工具基材上，而无需真空炉或特殊气氛。
在‘878和‘248中的发明旨在金刚石工具镶嵌件。所述基材主要是CVD(即化学气相沉积的)金刚石和PCD(多晶金刚石)，且所有的实施例均使用CVD金刚石。没有提及该发明如何能够具体应用于金刚石细粒(更多被称为磨粒)或单晶金刚石。更具体地，没有提及颗粒尺寸为0.01μm-20mm的涂覆的磨粒产品。这是重要的，因为这样的涂覆的磨粒产品将对于CVD金刚石和PCD具有不同的用途。
在‘878和‘248中，在保护层和下方的钨-钛层之间获得最佳附着力涉及在具有氮和氧吸气剂的氢气-氩气混合物中的非常特殊的热处理。此外，在热处理期间，在钛-钨合金层上方具有密切组成控制以允许对于金刚石表面形成TiC化学结合并抑制Ti迁移是重要的。应理解，制备‘878和‘248中所述产品所需要的热处理和特定组成控制代表了特定处理路径，可认为该路径具有相对高的制备成本。
在‘878和‘248中，主要通过CVD(化学气相沉积)或PVD(物理气相沉积)施加涂层。然而，当涂覆磨粒时，随着颗粒尺寸减小，涂覆磨粒(特别是通过PVD)所需的时间显著增加，这是因为金刚石颗粒表面积的增加。因而制备涂覆的磨粒的成本也提高。因此，对于较细尺寸磨粒需要比PVD更具成本效率的方法。
在工业中，存在与保持大量库存(inventory)相关的高成本，因此存在使供应商为其顾客保持的库存量最少化的动力。然而，降低库存水平可能对顾客收货时间(lead time)产生负面影响，除非存在能够满足需求的足够生产能力。然而，具有足够生产能力通常具有相关的高资金成本。克服在具有高存货水平中的上述难题将对涂覆磨粒的供应商具有经济益处。
还需要具有不包括或基本不包括单质碳化物形成元素例如Ti的产品，所述元素在O₂存在下表现出对于氧化的亲和力。这样的单质碳化物形成元素可扩散通过这些层并氧化。这污染并损害涂层的结构完整性。
发明概述
根据本发明的第一方面提供了涂覆的金刚石，其包含：
·金刚石基材；
·碳化物形成元素的初级碳化物层；
·高熔点金属的次级层，所述高熔点金属选自W、Mo、Cr、Ni、Ta、Au、Pt、Pd或者其任何组合或合金，该次级层基本没有来自初级层的碳化物形成金属，和
·Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re、其任何组合或合金的外覆层，次级层的金属不同于外覆层的金属。
术语“基本没有”意指小于3重量％，优选小于2.5重量％，更优选小于2重量％，更优选小于1.5重量％，更优选小于1重量％，更优选小于0.5重量％，更优选小于0.2重量％，更优选小于0.01重量％，
碳化物形成元素可选自Ti、Cr和Mo。
金刚石基材优选是金刚石磨粒，且可选自来自于高压高温合成技术的金刚石、CVD金刚石、多晶金刚石(PCD)、硼掺杂金刚石、单晶金刚石和天然金刚石。
使用高压高温(HPHT)通过其中使石墨源材料溶于溶剂金属催化剂的方法在商业基础上制备了合成金刚石磨料(磨粒)。
催化剂典型是，但不限于：Ni、Fe、Co、Mn或其组合。石墨和催化剂容纳在置于HPHT合成压机内的反应容积(容器)中，将该容器加热导致溶剂催化剂的熔化，随后发生石墨源溶解产生过饱和的碳溶体。
该容器按照预定轨迹进入一定的压力(p)、温度(T)空间区域内，其中的条件在热力学和动力学上有利于使碳从过饱和溶体中以金刚石形式析出。该过程发生于由选定催化剂体系和石墨-金刚石相边界的共晶熔化线限定的pT空间区域中，其迹线如Berman Simon平衡线所示。
优选地，金刚石磨粒的尺寸范围为0.01μm-20mm。这在氧化环境中制备金刚石工具时允许使用根据本发明的涂覆的金刚石磨粒。在制备含有液相浸渗剂(例如青铜)的烧结切片(segment)时或在通过例如钎焊的方法将金刚石磨粒固定到另外的金属或金属陶瓷材料时，该涂覆的金刚石磨粒消除了对真空炉的需要。
在本发明的优选实施方案中，通过CVD或PVD施加初级碳化物层(优选TiC涂层)，通过PVD或CVD施加次级层(优选钨)，因而消除了对涂覆后的热处理的需要。可通过PVD或电解沉积或无电沉积施加外覆层(优选银)。
TiC涂层和/或TiC加W涂层可以是标准制备项(item)，结果是这些材料可以作为标准项保持在坯料中，仅添加制备可空气钎焊制品所需的外覆层例如Ag，由此使与保持库存量相关的成本最小化。
根据本发明，通过使用大规模CVD制备TiC涂层，通过低温CVD施加W，且通过无电沉积或电解沉积施加Ag，来使制备涂覆的金刚石磨粒材料的成本得到降低，特别是对于较细尺寸。
根据本发明的第二方面，提供了制备涂覆的金刚石材料的方法，该方法包括步骤：
·提供金刚石基材；
·用碳化物形成元素的初级碳化物层来涂覆金刚石基材；
·用高熔点金属的次级层来涂覆初级层，所述金属选自W、Mo、Cr、Ni、Ta、Au、Pt、Pd或其任何组合或合金；及
·用Ag、Ni、Cu、Au、Pd、Pt、Rh、Os、Ir、Re、其任何组合或合金的外覆层涂覆次级层。
该次级层的金属不同于外覆层的金属。
碳化物形成元素可选自Ti、Cr和Mo。
金刚石基材优选是金刚石磨粒，且可选自源于高压高温合成技术的金刚石、CVD金刚石、多晶金刚石(PCD)、单晶金刚石和天然金刚石。
在本发明的优选实施方案中，通过CVD或PVD施加初级碳化物层(优选TiC)，通过PVD或CVD施加次级层(优选W涂层)，因而消除了对涂覆后的热处理的需要。优选地，可通过PVD或电解沉积或无电沉积施加外覆层(优选Ag涂层)。
根据本发明的第三方面，提供了含磨料的工具，该工具包含根据本发明的涂覆的金刚石磨粒、单晶金刚石、CVD金刚石和/或PCD。
在本发明该方面的优选实施方案中，含磨料的工具选自：用于锯条的切片、锯条本身、钻机、用于金刚石线带锯条的串珠(bead)、弓形锯、取芯钻头、线绳串珠、螺旋钻头、耐磨零件、砂轮、磨头(grinding tip)、旋转式修整器、用于单头和多头修整器的修整器头(log)、轮廓修整器、直式和异型刳刨工具、磨杯、单刃刀具、校准轧辊、拉丝模、单刃车刀、量具(gauge)材料、硬面堆焊体或含有涂覆的超硬磨料的任何烧结切片。
根据本发明的第四方面，提供了根据本发明的涂覆的金刚石磨粒，掺杂硼的金刚石、单晶金刚石、CVD金刚石和/或PCD在氧化性钎焊过程中的用途。该涂层还可以在非氧化环境(例如在真空下)以及在还原环境中工作。
优选实施方案
根据本发明的一个方面，提供了尺寸为0.01μm-20mm的涂覆的金刚石磨粒(起始磨粒，然而本领域技术人员清楚，在起始磨粒和成品磨粒之间存在可忽略的差别)，且其允许在氧化环境中制备金刚石工具时使用金刚石磨粒。涂覆的金刚石制品优选由金刚石磨粒基材、TiC初级碳化物层、W(或另外的高熔点金属例如Cr或Ni)的次级层以及Ag外覆层构成。
WO2005078041(Egan等人，E6，2005)记载了在尺寸为0.1mm-10mm的金刚石磨粒上的具有TiC初级层和W次级层的涂层。本发明的产品包括在WO2005078041(Egan等人，E6，2005)中记载的双层产品上的银外覆层。Ag外覆层防止W层的氧化。然而，需要TiC和W层以便提供与WO2005078041(Egan等人，E6，2005)所述的相同益处。具体地，涂层的TiC和W的组合在如下情形中是有用的：在烧结期间碳化钛涂层将通过基质材料成分而被反应掉。关于此的例子是在制备用于矿业勘深的钻头(drill crown)中使用液体浸渗剂例如青铜。此外，TiC和W的组合在其中钛基涂层将通过钎料而被反应掉的情形中是有用的，所述钎料用于将超硬磨料组分固定于另外的金属或陶瓷材料。
钨层并不具有初级碳化物层，该初级碳化物层不是必要的，因为外层的目的主要是作为用于保护内层和基材的阻挡层，且通过保持钨涂层为薄可获得足够的层间结合。钨涂层具有约0.01μm到约50μm的厚度，特别是约0.2μm到约1μm。
在如下情形中TiC和W的组合是特别有用的：制备孕镶金刚石的工具例如用于锯条的切片、钻机、用于金刚石线的串珠(特别地其中大量青铜或铜限制碳化钛涂层的有效性；制备钎焊金刚石层工具例如钎焊的金刚石线串珠；以及制备含金刚石的金属基质复合材料。
在双层涂覆TiC加W的产品上的Ag附加外覆层允许所有上述优点，以及允许在空气中制备任何这样的工具的附加益处，由此便利了可制备性且降低了成本。
所述金刚石磨粒颗粒是常规用于制备金属结合的工具中的那些。它们通常具有均匀的尺寸，典型为0.01μm到20mm。这样的金刚石磨粒颗粒的例子包括：0.01-60微米的微米磨粒、40-200微米的轮用磨粒、180微米到2毫米的锯用磨粒、和0.5-200毫米的单晶。
首先在热涂覆方法中涂覆金刚石颗粒以便提供TiC的初级碳化物层。在该热涂覆方法中，在适于发生这样的结合的适当热条件下将金属基涂层施加于金刚石基材上。通常，用于热方法的范围将是650℃-1300℃。例如，可使用的典型热涂覆技术包括：涉及从金属卤化物的气相进行沉积的方法，CVD方法或热扩散真空涂覆或金属蒸气沉积方法。优选从金属卤化物气相进行沉积和CVD方法。已发现，这样的热涂覆方法比现有技术所偏好的PVD方法显著更快且更经济，特别是对于细磨粒，即尺寸为0.1-100微米的磨粒，优选尺寸为10-50微米的磨粒。较精细的涂层优选采用这样的细磨粒。
在涉及从金属卤化物气相进行沉积的方法中，在合适的气体环境中(例如，含有如下一种或多种的非氧化环境：选自氦气和氩气的惰性气体，氢气，烃，分解氨或任何组合，例如氩气/氢气混合物，其为正压、大气压或减压例如10^-1-10^-7毫巴)将待涂覆的颗粒暴露于含有待涂覆的金属(例如Ti)的金属卤化物例如氯化钛、碘化钛和硼化钛。作为该方法一部分，可从金属产生金属卤化物。
使该混合物经受热循环，例如650℃-1300℃持续5分钟到10小时，1-10次循环，在此期间，金属卤化物将Ti传递到颗粒表面，在该表面上释放之并使之化学结合至颗粒。
可使用冷涂覆技术例如低温CVD方法或PVD(优选后者)沉积钨的次级层。这是低温方法，因为产生的热量不足于引起大量碳化物形成，例如650℃。因此，如果单独使用，将导致与金刚石颗粒的相对差的附着力。用于施加外涂层的PVD方法的例子是溅射涂覆。在此方法中，通过激发源例如磁控管产生钨金属蒸气流。位于该流中的制品例如超硬磨料(例如金刚石)磨粒或其它部件被钨金属涂覆。
可通过冷技术例如PVD或通过电解/无电镀覆来施加Ag外覆层。用于施加外覆层的PVD方法的例子是溅射涂覆。在此方法中，通过激发源例如磁控管产生银金属蒸气流。位于该流中的制品例如超硬磨料(例如金刚石)磨粒或部件被银金属涂覆。
还可通过电解镀覆施加银外覆层。在此方法中，将一定量例如750cts的涂覆TiC和W的磨粒置于1.5升镀覆筒体中，该筒体由AgCN、KCN、游离KCN以及增亮剂例如Silversene-L(RTM)构成。使用包容纳在聚丙烯袋中的银电极，该银电极的形式为矩形银片(银纯度为99.9％)。以1-30rpm，优选3-10rpm旋转筒体，且施加0.1-10安培优选0.6-1.5安培电流以便对涂覆TiC和W的颗粒表面进行镀银。该方法的持续期和温度为1分钟到3星期和1℃-100℃。
还可通过无电镀覆施加银外覆层。无电镀覆的例子是依照ZA8203067[GE，Ruark&Webster，1983]和US4403001[GE，Grenier，1983]中记载的改进型式，通过引用将这两篇文献并入本文。用银涂覆金刚石磨粒的该方法包括在氨银溶液中悬浮金刚石磨粒，优选对其进行物理搅拌，随后在维持搅拌和金刚石在银溶液中悬浮的同时缓慢向氨银溶液添加还原溶液例如转换糖(食用糖与硝酸的混合物)。以计量的速率进行添加还原溶液直到银涂覆到单独磨粒上，且重复这样的过程直到获得所需的涂层重量(或厚度)。
随着颗粒直径降低，PVD的涂覆成本显著提高。因此，从成本角度看，随着颗粒直径降低，优选的方法是通过无电沉积、电解沉积或无电沉积/电解沉积的组合施加银外覆层。
这样，初级涂层的优选厚度范围是0.01μm(微米)到50μm，优选0.3-1.2μm。
次级涂层的优选厚度范围是0.01μm-50μm，优选0.3-3μm。
第三位的(例如Ag)外覆层的优选厚度范围是0.01μm-50μm，优选0.3-3μm。
金刚石的优选尺寸范围是：
·对于磨粒：0.01μm-20mm；
·对于单晶：长度0.5mm到200mm；
·对于CVD：长度0.5mm到500mm，或直径0.1μm-200μm；
·对于PCD：直径0.5mm到1000mm。
优选地，次级层并不化学结合到初级层，然而应理解在工具制备期间可能发生一些结合。
优选地，Ag外覆层并不化学结合到次级层，然而应理解在工具制备期间可能发生一些结合。
在涂层的每一情形中，优选覆盖整个金刚石，但总是有这样的可能性：涂层中可能存在一些间隙。
根据本发明的产品相对于现有技术中教导的产品的优点包括：
(1)本发明更适用于高温钎焊，因为在本发明产品中的钨较厚。
(2)在现有技术中，化学结合的第一初级层的面积显著小于在本发明产品中的TiC层，所以TiC层的附着较好。
(3)在现有技术教导的产品中，W层中的Ti可充当氧吸气剂并损害可钎焊性。
(4)现有技术中教导的涂层未显示出适合于磨粒或单晶。
(5)需要对现有技术产品进行严格的组分控制以便抑制Ti在Ti/W合金层中的迁移。这样的问题不存在于根据本发明的产品中。
与本发明相关的其它优点包括：
(1)在施加涂层后初级碳化物层并不需要非常受控且昂贵的热处理。
(2)根据本发明的方法构建于现有产品线上，因此降低了所需的库存。
根据本发明制备的涂覆的金刚石研磨材料(磨粒)主要旨在用于单层工具或作为电镀的替代方案。
然而，为了突出该涂层的多种潜力，下文提供了潜在用途的非穷举性罗列：
锯条、带锯条、弓形锯、取芯钻头、线绳串珠、螺旋钻头、耐磨零件、砂轮、磨头、旋转式修整器、用于单头和多头旋转式修整器的修整器头、轮廓修整器、直式和异型刳刨工具、磨杯、单刃刀具、校准轧辊、拉丝模、单刃车刀、量具材料、硬面堆焊、平面磨床或者含有涂覆超硬磨料的任何烧结/钎焊切片、混凝土、或石质地板的研磨和抛光。
根据本发明的涂层的优点之一是其允许通过空气钎焊制备工具，特别是通过在非惰性气氛中钎焊超硬磨料制备单层工具。这为制备这样的工具的新方法开辟大量机会。可用于将涂覆的超硬磨料制品钎焊到工具基材的技术包括：感应加热、标准钎焊、喷灯、激光加热、炉加热、辐射加热以及使用乙炔焰加热。
根据本发明的涂覆的研磨材料还可在其它工具制备技术例如热压、自由烧结和浸渗烧结中提供一些益处。例如，由于该涂层构建在例如IE S2004/0024中记载的现有技术上，因此，当用于通过浸渗烧结(其中通常存在液相)制备工具切片时，该涂层可提供优点例如改善的润湿、提高的保持力和/或改善的保护。
工具制备技术的其它例子包括但不限于放电烧结(EDS)、场辅助烧结技术(FAST)和激光烧结。此外，该涂层创造了一种与目前用于制备现有工具和新工具的技术不同的工具制备技术，其可对工具制造商具有经济益处。
当将超硬磨料坯体例如PCD和CVD金刚石连接到基材时，根据本发明的涂层可潜在地提供优点。
在本说明书中，术语“层”和“涂层”可互换使用。
实施例和具体说明
现在将参考以下非限定性实施例和附图来说明本发明，附图显示：
图1：CDML 301010NPTC7表面的SEM显微图：(a)SEI，(b)BEI。
图2：对应于图1所示区域的CDML 301010NPTC7表面的总体EDS图谱。
图3：在CDML 301010NPTC7表面上发现的暗区域的EDS图谱，如插图所示。
图4：显示CDML 301010NPTC7的TiC峰的X射线衍射图。
图5：CDML 301010NPTC7的横截面SEM显微图：(a)SEI，(b)BEI。
图6：显示CDML 301010NPTC7涂层厚度的BEI SEM显微图。
图7：CDML 301010NPTC12表面的SEM显微图：(a)SEI，(b)BEI。
图8：对应于图1所示区域的CDML 301010NPTC12表面的总体EDS图谱。
图9：显示CDML 301010NPTC12的W峰的X射线衍射图。
图10：CDML 301010NPTC12的横截面SEM显微图：(a)SEI，(b)BEI。
图11：显示CDML 301010NPTC12的涂层厚度的BEI SEM显微图。
图12：显示CDML 301010NPTC12涂层组成的BEI SEM显微图的X射线图。
图13：CDML 301010NPTC18表面的SEM显微图：(a)SEI，(b)BEI。
图14：对应于图1中区域的CDML 301010NPTC18表面的总体EDS图谱。
图15：CDML 301010NPTC18的X射线衍射图。
图16：显示CDML 301010NPTC18涂层的横截面的BEI SEM显微图：(a)总体图和(b)特写图。
图17：不同涂层的EDS图谱：(a)TC18，(b)TC12和(c)TC7。
图18：使用Argobraze 49H钎料膏成功地空气钎焊到碳化钨试样的CDML 301010NPTC18。
图19：用于钎焊测试的碳化物圆柱体的侧视图。
图20：在用以保持金刚石的薄钎料膏层上的粗大的涂覆金刚石的俯视图。
图21：钎料膏的焊珠位于基材上的金刚石单层的顶部。
图22：在空气中将金刚石钎焊到基材的阶段。
图23：如上所述钎焊到基材上的金刚石单层。
图24：形成离开表面的团簇(clump)的金刚石颗粒。
实施例1
在元件640/45US Mesh磨粒上制备了三种涂覆产品：(1)通过PVD施加的0.5μm Ti涂层，(2)通过CVD施加的0.5μm TiC涂层，和(3)由通过CVD得到的TiC初级层和通过PVD得到的W次级层组成的涂层(0.4μm厚)。
涂覆的金刚石磨粒与钎料膏混和并置于碳化钨试样上。然后，使用感应线圈加热涂覆的金刚石、钎料和试样直到可见钎料膏熔化且所有的焊剂已被烧去。冷却后对钎焊试样进行检测。在所有情形中可见，钎焊膏并未润湿涂层表面。因此，(1)、(2)或(3)不能在空气中钎焊，因为涂层表面氧化且因此抑制了钎焊材料的润湿。可预料上述原因导致金刚石在钎料中的不良保持力。
实施例2
使用来自实施例1的(1)、(2)和(3)，将银外覆层(0.1μm厚)施加于通过PVD得到的每个涂覆产品以便分别制备样品(4)、(5)和(6)号。按实施例1中所概述地进行钎焊。在(4)和(5)的情形中，钎料膏并未润湿金刚石的表面。然而，在(3)的情形中，涂覆的金刚石被钎料润湿。因此，将预料到样品(4)和(5)导致金刚石在钎料中的不良保持力，同时将预料到样品(6)具有相对良好的金刚石在钎料中的保持力。
实施例3
在元件6325/400 US Mesh磨粒上制备了两种涂覆产品：(7)由通过CVD得到的TiC初级层和通过PVD得到的W次级层(0.4μm厚)组成的涂层，和(8)由通过CVD得到的TiC初级层、通过PVD得到的W次级层(0.4μm厚)以及通过PVD得到的Ag外覆层(0.1μm厚)组成的涂层。按实施例1所概述地进行钎焊。在(7)的情形中，钎料膏并未润湿金刚石表面。然而，在(8)的情形中，涂覆的金刚石得到钎料膏的润湿。因此，将预料到样品(8)具有相对良好的金刚石在钎料中的保持力。
实施例4
金刚石的常规钎焊需要活性钎焊材料和无氧环境。活性钎料含有碳化物形成体，典型为Ti、Cr或Mo，其与金刚石表面反应以促进润湿。需要无氧环境以防止活性钎焊材料氧化，因为这会妨碍润湿。开发了TZ涂层以允许在氧存在下钎焊金刚石。
TZ可空气钎焊涂层通常由三种涂层构成：TiC(初级)、W(次级)、Ag(外覆层)。通过高温填料床扩散过程将TiC层化学结合到金刚石。通过两个单独的物理气相沉积(PVD)循环将W和Ag层施加于金刚石。
TiC层的施加和分析
用于TiC层施加的工序
在表1(下文)中概述了用于涂覆具有TiC的CDML 301010NP金刚石颗粒的工艺参数。
表1：工艺参数的细节。