本發(fā)明涉及復合金剛石材料、復合金剛石體和用于切削、研磨等的復合金剛石工具。

背景技術：

金剛石工具具有高硬度，其已被用于加工諸如al、al合金、mg和mg合金的材料以進行切削、研磨等。由于用金剛石工具加工過的表面非常美觀，所以金剛石工具已被用于不需要拋光的切削和研磨技術。然而，金剛石工具在加工氧化物和鐵方面非常糟糕。這是因為碳具有極易與氧結合的傾向并且因為碳與鐵反應且因此金剛石易于磨損。能夠加工氧化物和鐵的金剛石工具等可以成為非常有用的工具。

為了抑制金剛石的磨損，日本特開平3-232973號公報(專利文獻1)公開了一種具有金剛石表面的金剛石工具，例如涂布有al2o3、tin、zrn、bn等的硬表面層的燒結金剛石。此外，日本特開2010-240812號公報(專利文獻2)公開了一種表面涂布的切削工具，其包含基材如金剛石燒結體和形成在所述基材上的涂層。涂層為物理氣相沉積膜并且包含形成在基材上的厚度為7μm～15μm的氮化物層、形成在氮化物層上的厚度為3μm～10μm的復合耐磨層以及形成在復合耐磨層上的厚度為0.2μm～5μm的aln層。在復合耐磨層中，厚度為0.2μm～1.5μm的碳氮化物薄層和厚度為0.2μm～1.5μm的薄氮化物膜相互交替堆疊。此外，日本特表2010-527802號公報(專利文獻3)公開了一種涂布的金剛石，其包含：金剛石基材；形成碳化物的元素的第一碳化物層；選自由w、mo、cr等或其組合或合金構成的組中的高熔點金屬的第二層，其實質上不包含第一碳化物層的形成碳化物的元素；以及ag、ni、cu等或其組合或合金的外涂層，其中所述金屬與第二層的金屬不同。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平3-232973號公報

專利文獻2：日本特開2010-240812號公報

專利文獻3：日本特表2010-527802號公報

技術實現要素：

技術問題

關于日本特開平3-232973號公報(專利文獻1)和特開2010-240812號公報(專利文獻2)，使用燒結金剛石或金剛石燒結體作為基材的金剛石。燒結體中包含粘結劑，這導致以下問題。即，在晶界處存在間隙且表面高度不平坦，因此即使在基材上形成涂層時，表面平坦度和端部加工精度也低，這使得金剛石不適于精密加工和鏡面平坦化加工。

關于日本特開2010-240812號公報(專利文獻2)和特表2010-527802號公報(專利文獻3)，需要形成具有由三層以上的層構成的復雜層結構的涂層，這導致成本高并且諸如層剝離的缺陷的發(fā)生率高的問題。特別地，存在在要求高精度的工件的端部上的粘附性的問題。

鑒于以上所述，目的是解決上述問題，提供甚至可以應用于與金剛石反應而使金剛石磨損的工件的鏡面平坦化加工的耐磨性高的復合金剛石體和復合金剛石工具。

解決技術問題的技術方案

本發(fā)明的一個方面的復合金剛石體包含：金剛石基材；和設置在如下位置中的至少一個位置的至少一層穩(wěn)定層：在所述金剛石基材上的位置、在所述金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的位置。所述穩(wěn)定層的厚度可以為0.001μm以上且小于10μm。所述穩(wěn)定層可以包含多層。所述穩(wěn)定層可以包含選自由鎢、鉭、鉬、鈮、釩、鉻、鈦、鋯和鉿構成的組中的至少一種金屬。所述穩(wěn)定層還可以包含選自由釕、鋨、銠、銥、鈀和鉑構成的組中的至少一種金屬。所述穩(wěn)定層還可以包含選自由碳化鎢、碳化鉭、碳化鉬、碳化鈮、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉿和碳化硅構成的組中的至少一種碳化物。所述穩(wěn)定層可以包含至少一層作為設置在所述金剛石基材上的沉積層的層。所述穩(wěn)定層還可以包含至少一層設置在所述金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的作為離子注入層的層。所述穩(wěn)定層還可以包含至少一層設置在所述金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的作為退火層的層。根據本方面的復合金剛石體，所述金剛石基材可以由合成單晶金剛石和合成多晶金剛石中的至少一種形成。所述金剛石基材可以由具有大于1ppm的非置換型氮濃度的氣相合成金剛石形成。所述復合金剛石體還可以包含設置在所述穩(wěn)定層上并具有5μm以下的厚度的金剛石表面層。

本發(fā)明另一方面的復合金剛石工具包含上述方面的復合金剛石體。

發(fā)明的有益效果

根據上述，能夠提供甚至可以應用于與金剛石反應而造成金剛石磨損的工件的鏡面平坦化加工的耐磨性高的復合金剛石體和復合金剛石工具。

附圖說明

圖1為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的例子的示意剖視圖。

圖2為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的另一例子的示意剖視圖。

圖3為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的又一例子的示意剖視圖。

圖4為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的又一例子的示意剖視圖。

圖5為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的又一例子的示意剖視圖。

圖6為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的又一例子的示意剖視圖。

圖7為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的又一例子的示意剖視圖。

圖8為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的又一例子的示意剖視圖。

圖9為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的又一例子的示意剖視圖。

圖10為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的又一例子的示意剖視圖。

圖11為顯示本發(fā)明一個方面的復合金剛石體的又一例子的示意剖視圖。

圖12為顯示本發(fā)明另一方面的復合金剛石工具的例子的示意剖視圖。

具體實施方式

<本發(fā)明的實施方案的說明>

本發(fā)明實施方案的復合金剛石體包含：金剛石基材和設置在如下位置中的至少一個位置的至少一層穩(wěn)定層：在金剛石基材上的位置；和在金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的位置。本實施方案的復合金剛石體包含金剛石基材和設置在金剛石基材上和/或金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的穩(wěn)定層，從而阻止工件與金剛石基材之間的反應。因此，復合金剛石體的耐磨性高并適用于工件的均勻鏡面平坦化加工。復合金剛石體的導熱性高且因此能夠保持加工部分的溫度低。本文中的穩(wěn)定層是指由與金剛石基材不同種類的元素形成的層，或者廣泛地指即使當用于穩(wěn)定層的元素與金剛石基材沒有什么不同時，在晶體結構、電學或化學性質方面也不同于金剛石基材的層。穩(wěn)定層的性質與金剛石基材的不同，從而賦予僅由金剛石基材所不能獲得的耐久性(電學、化學和機械性能)。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層的厚度可以為0.001μm以上且小于10μm。因此，復合金剛石體的硬度高且因此適用于鏡面平坦化加工。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層可以包含多層?；蛘撸诜€(wěn)定層與金剛石基材之間的界面中，穩(wěn)定層的元素與金剛石基材的元素之間的比例或穩(wěn)定層和金剛石基材的各自特性可以逐漸或階段性變化?！爸饾u變化”或“階段性變化”是指通過普通測定方法獲得的值的平均值(例如每邊100μm以上的正方形區(qū)域的平均值)“連續(xù)變化”或“階段性變化”。這還包括其中在相對于上述區(qū)域的平均值更微觀的區(qū)域(小于100μm)內，金剛石基材與穩(wěn)定層彼此局部分離而存在，并且金剛石基材與穩(wěn)定層之間的面積比變化的界面狀態(tài)。由此，能夠提高金剛石基材與穩(wěn)定層之間的粘附性。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層可以包含選自由鎢、鉭、鉬、鈮、釩、鉻、鈦、鋯和鉿構成的組中的至少一種金屬。因此，復合金剛石體包含與工件的反應性低且耐磨性高的穩(wěn)定層，因此適用于工件的鏡面平坦化加工。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層可以包含選自由釕、鋨、銠、銥、鈀和鉑構成的組中的至少一種金屬。因此，復合金剛石體包含與工件的反應性低且耐磨性高的穩(wěn)定層，因此適用于工件的鏡面平坦化加工。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層可以包含選自由碳化鎢、碳化鉭、碳化鉬、碳化鈮、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉿和碳化硅構成的組中的至少一種碳化物。因此，復合金剛石體包含與工件的反應性低且耐磨性高的穩(wěn)定層，因此適用于工件的鏡面平坦化加工。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層可以包含位于金剛石基材一側的內側穩(wěn)定層，且內側穩(wěn)定層可以包含選自由釕、鋨、銠、銥、鈀和鉑構成的組中的至少一種金屬。因此，復合金剛石體包含與金剛石基材具有高粘附性的內側穩(wěn)定層，因此適用于工件的鏡面平坦化加工。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層可以包含位于金剛石基材一側的內側穩(wěn)定層，且內側穩(wěn)定層可以包含選自由碳化鎢、碳化鉭、碳化鉬、碳化鈮、碳化釩、碳化鉻、碳化鈦、碳化鋯、碳化鉿和碳化硅構成的組中的至少一種碳化物。因此，復合金剛石體包含與金剛石基材具有高粘附性的內側穩(wěn)定層，因此適用于工件的鏡面平坦化加工。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層可以包含至少一層作為設置在金剛石基材上的沉積層的層。本文中的沉積層是指通過沉積形成的層。因此，復合金剛石體包含與工件的反應性低且與金剛石基材的粘附性高的穩(wěn)定層。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層可以包含至少一層設置在金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的作為離子注入層的層。本文中的離子注入層是指通過離子注入形成的層。因此，復合金剛石體包含與工件的反應性低且與金剛石基材的粘附性高的穩(wěn)定層。

在本實施方案的復合金剛石體中，離子注入層可以包含位于分別的多個區(qū)域中的分離部分，所述多個區(qū)域在垂直于所述金剛石基材的表面的方向上進行觀察時各自具有小于1μm的直徑。因此，復合金剛石體包含與工件的反應性低且與金剛石基材的粘附性高的穩(wěn)定層。

在本實施方案的復合金剛石體中，穩(wěn)定層可以包含至少一層作為設置在如下位置的退火層的層：在所述金剛石基材上的位置，和在所述金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的位置。本文中的退火層是指通過對層進行退火處理而形成的層。因此，復合金剛石體包含與工件的反應性低且與金剛石基材的粘附性高的穩(wěn)定層。

在本實施方案的復合金剛石體中，金剛石基材可以由合成單晶金剛石和合成多晶金剛石中的至少一種形成。因此，獲得包含高品質金剛石基材的復合金剛石體。

在本實施方案的復合金剛石體中，金剛石基材可以由具有大于1ppm的非置換型氮濃度的氣相合成金剛石形成。因此，獲得包含高品質金剛石基材的復合金剛石體。

本實施方案的復合金剛石體還可以包含設置在穩(wěn)定層上并具有5μm以下的厚度的金剛石表面層。因此，即使當復合金剛石體包含厚度為5.0μm以下的金剛石表面層時，在金剛石表面層下方的穩(wěn)定層的存在使復合金剛石體仍能夠用于對工件進行加工。

本發(fā)明另一實施方案的復合金剛石工具包含上述實施方案的復合金剛石體。由于本實施方案的復合金剛石工具包含上述實施方案的復合金剛石體，所以所述工具能夠長時間地對工件進行加工并且也可應用于工件的鏡面平坦化加工。

<本發(fā)明實施方案的詳情>

在下文中，將參考附圖對本發(fā)明的實施方案進行詳細說明。需要說明的是，在參考附圖的說明中，相同的部件由相同的參考符號表示，并且將不再重復其說明。附圖不是按比例繪制的。特別地，相對于金剛石基材的厚度，穩(wěn)定層的厚度被繪制得較大。

[第一實施方案：復合金剛石體]

如圖1～圖11所示，本實施方案的復合金剛石體10包含：金剛石基材11；和設置在如下位置中的至少一個位置的至少一層穩(wěn)定層：在金剛石基材11上的位置和在所述金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的位置。本實施方案的復合金剛石體10包含：金剛石基材11；和設置在金剛石基材11上和/或金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的穩(wěn)定層12，從而使得穩(wěn)定層12阻止金剛石基材11與跟金剛石反應而造成金剛石磨損的工件之間的反應。因此，復合金剛石體的耐磨性高。由于穩(wěn)定層12由金剛石基材11支撐，所以穩(wěn)定層具有高硬度，且復合金剛石體甚至可應用于工件的鏡面平坦化加工。此外，由于金剛石基材11具有高導熱性，所以能夠保持加工部分的溫度低。因此，本實施方案的復合金剛石體10即使對于與金剛石反應而導致金剛石磨損的工件也具有高耐磨性。此外，高導熱性使得復合金剛石體甚至可應用于工件的鏡面平坦化加工。

金剛石基材

金剛石基材11沒有特別限制。然而，為了增加表面平坦度，金剛石基材11優(yōu)選為不含粘結劑等的純金剛石(“純金剛石”在本文中為純度基本上為100％的金剛石)。純金剛石的例子可以為單晶金剛石和多晶金剛石。此外，為了進一步提高表面平坦度，金剛石基材11更優(yōu)選為無晶界的單晶金剛石。需要說明的是，燒結金剛石包含粘結劑且因此在晶界處具有間隙和大的表面凹凸(例如，由jisb0601：2013定義的算術平均粗糙度ra大于100nm)。因此，燒結金剛石不適用于精密加工和鏡面平坦化加工。

用于金剛石基材11的金剛石沒有特別限制。然而，為了獲得均勻且均質的表面，金剛石基材11優(yōu)選由合成單晶金剛石和/或合成多晶金剛石形成，且更優(yōu)選由氣相合成金剛石形成。對于這些單晶金剛石和多晶金剛石，合成單晶金剛石是更優(yōu)選的，并且為了與上述相似的目的，進一步優(yōu)選氣相合成單晶金剛石。優(yōu)選氣相合成單晶金剛石的原因是：避免如天然單晶金剛石的不均勻性；且不存在如高壓合成單晶金剛石中所發(fā)現的生長區(qū)域(成長セクタ一)，并且能夠形成均質的表面。

更優(yōu)選地，氣相合成單晶金剛石具有大于1ppm的非置換型氮濃度和/或大于1ppm的空位濃度。這是因為：金剛石基材11與穩(wěn)定層12之間的粘附性和/或反應性增加。本文中的非置換型氮濃度是指通過從由二次離子質譜法(sims)測定的總氮濃度減去由電子自旋共振法(esr)測定的孤立置換型氮濃度而確定的氮濃度?？瘴粷舛仁峭ㄟ^基于正電子湮沒光譜法的測定而評價的值。使用金剛石基材的工具的面(前刀面)的面取向可以近似為(100)面、近似為(110)面或近似為(111)面。本文中的“近似”是指所述平面不限于精確的面，而是包括具有大于0°且小于20°的偏角的平面。

用作金剛石基材11的金剛石既不是用于半導體裝置的高純度和高品質的金剛石，也不是其中對硼(b)和/或磷(p)的摻雜濃度進行控制的金剛石。也就是說，用作金剛石基材11的金剛石為其中混入金剛石中的且不具有摻雜效果的雜質(特別是選自鋰(li)、鈹(be)、氮(n)、鋁(al)、硅(si)、鍺(ge)、錫(sn)、鎢(w)、鉭(ta)、鉬(mo)、鈮(nb)、鉻(cr)和釩(v)中的至少一種雜質)的濃度優(yōu)選為10ppb以上，更優(yōu)選為80ppb以上，且進一步優(yōu)選為1ppm以上的金剛石。此外，用作金剛石基材的金剛石為其中空位的存在濃度優(yōu)選為50ppb以上，更優(yōu)選為200ppb以上且進一步優(yōu)選為1ppm以上的金剛石。此外，用作金剛石基材的金剛石的晶體應變即光學應變的平均相位差(光學應變的一般指標)優(yōu)選為1nm以上，更優(yōu)選為5nm以上且進一步優(yōu)選為30nm以上。平均相位差能夠通過由photoniclattice制造的wpa-100以每個像素15μm的分辨率進行評價。通常，在具有內部應變分布的金剛石(天然金剛石、高壓合成金剛石和氣相合成金剛石中的任意一種金剛石)中，最大相位差為平均相位差的至少十倍。雖然這樣的金剛石都不適合作為用于半導體裝置的高純度和高品質金剛石，但它們是對工具有效的金剛石且能夠用于工具。

穩(wěn)定層

穩(wěn)定層12沒有特別限制，只要穩(wěn)定層12與工件不具有反應性或具有低反應性并且硬度高即可。在工件為鐵基材料的情況下，穩(wěn)定層12優(yōu)選為包含選自由鎢(w)、鉭(ta)、鉬(mo)、鈮(nb)、釩(v)、鉻(cr)、鈦(ti)、鋯(zr)和鉿(hf)構成的組中的至少一種金屬(下文中也稱作穩(wěn)定硬質金屬)的層，因為這些金屬與鐵的反應性低且硬度比鐵高。為了使穩(wěn)定層中的金屬具有較高的硬度，優(yōu)選所述金屬具有較高的熔點。

穩(wěn)定層12還優(yōu)選為包含選自由釕(ru)、鋨(os)、銠(rh)、銥(ir))、鈀(pd)和鉑(pt)構成的組中的至少一種金屬(下文中也稱作穩(wěn)定高熔點金屬)的層，因為這些金屬的熔點比鐵高，并且預期與鐵具有低的反應性并且具有比鐵高的硬度。為了使穩(wěn)定層中的金屬具有較高的硬度，優(yōu)選所述金屬具有較高的熔點。

穩(wěn)定層12也優(yōu)選為包含選自由碳化鎢(wc)、碳化鉭(tac)、碳化鉬(moc)、碳化鈮(nbc)、碳化釩(vc)、碳化鉻(crc)、碳化鈦(tic)、碳化鋯(zrc)、碳化鉿(hfc)和碳化硅(sic)構成的組中的至少一種碳化物(下文中也稱作穩(wěn)定碳化物)的層，因為盡管這些材料是不導電的，但它們與鐵和/或氧的反應性低并且硬度明顯比諸如鐵的金屬的高。

穩(wěn)定層12也優(yōu)選為包含選自由氮化鈦(tin)、氮化鋯(zrn)、氮化鉿(hfn)、氮化鋁(a1n)和氮化硅(sin)構成的組中的至少一種氮化物(下文中也稱作穩(wěn)定氮化物)的層，因為雖然這些材料不導電，但它們與鐵和/或氧的反應性低，并且硬度明顯比諸如鐵的金屬的高。作為穩(wěn)定層12，還可以使用包含與鐵的反應性低的諸如氧化鋁(al2o3)的氧化物(下文中也稱作穩(wěn)定氧化物)的層、或包含硬的氮氧化物如氮氧化硅鋁(sialon)的層(下文中也稱作穩(wěn)定氮氧化物)。

上述穩(wěn)定碳化物、穩(wěn)定氮化物、穩(wěn)定氧化物和穩(wěn)定氮氧化物各自可以在某種程度上偏離化學計量比。此外，穩(wěn)定層可以包含至少一種上述的穩(wěn)定硬質金屬、穩(wěn)定高熔點金屬、穩(wěn)定碳化物、穩(wěn)定氮化物、穩(wěn)定氧化物和穩(wěn)定氮氧化物。為了具有較小的粒徑和較高的平坦度，穩(wěn)定碳化物、穩(wěn)定氮化物、穩(wěn)定氧化物和穩(wěn)定氮氧化物是比穩(wěn)定硬質金屬和穩(wěn)定高熔點金屬更優(yōu)選的。為了防止材料在切削時產生裂紋(提高韌性)、感知與工件的接觸、并防止工件或切削材料帶電，更優(yōu)選與化學計量比偏離以使得金屬比例稍微較高并使得顯示導電性。與化學計量比的偏離優(yōu)選為0.1原子％以上且小于8原子％，且由此賦予的電導率優(yōu)選大于10^-9s/cm(電阻率：10⁹ωcm)。電導率是指當用相同的方法在cu基板上形成厚度為1μm的穩(wěn)定層、形成直徑為1mm的ti電極并施加50v電壓時，由電流值計算出的平均電導率。

穩(wěn)定層12可以為單晶層、多晶層或無定形層。在穩(wěn)定層12為多晶層或無定形層的情況下，為了防止或抑制工件中的劃痕或由于晶界而產生灰暗(曇り)，粒徑優(yōu)選為1μm以下，且更優(yōu)選為0.1μm以下。需要說明的是，優(yōu)選粒徑小于穩(wěn)定層12的厚度。

為了防止工件與金剛石基材之間的反應并且保持復合金剛石體10的硬度高，穩(wěn)定層12的厚度優(yōu)選為0.001μm以上且小于10μm，更優(yōu)選為0.01μm以上且小于5μm，且進一步優(yōu)選為0.1μm以上且小于2μm。為了防止工件與金剛石基材之間的反應，穩(wěn)定層12的足夠的厚度為0.001μm～0.01μm。然而，考慮到穩(wěn)定層12也磨損的事實，為了延長壽命，穩(wěn)定層12的厚度優(yōu)選為0.1μm以上且小于2μm。為了保持復合金剛石體10的散熱效果高，比金剛石基材11的導熱率低的穩(wěn)定層12的厚度優(yōu)選為小于10μm。

如圖2和3所示，穩(wěn)定層12包含多層(例如內側穩(wěn)定層12a和外側穩(wěn)定層12b)，以增加金剛石基材11與穩(wěn)定層12之間的粘附性。所述多層包括從金剛石基材11的一側起依次排列的內側穩(wěn)定層12a和外側穩(wěn)定層12b。如圖3所示，內側穩(wěn)定層12a還可以包含從金剛石基材11的一側起依次排列的最內側穩(wěn)定層12aa和中間內側穩(wěn)定層12ab。在該穩(wěn)定層12中，內側穩(wěn)定層12a能夠增加與金剛石基材11的粘附性且外側穩(wěn)定層12b能夠防止與工件的反應從而提高耐磨性。

在穩(wěn)定層12包含在金剛石基材11一側的內側穩(wěn)定層12a的情況下，為了在內側穩(wěn)定層12a與金剛石基材11之間具有高粘附性，內側穩(wěn)定層12a優(yōu)選為包含選自由釕(ru)、鋨(os)、銠(rh)、銥(ir)、鈀(pd)和鉑(pt)構成的組中的至少一種金屬的層。例如，優(yōu)選內側穩(wěn)定層12a為包含穩(wěn)定高熔點金屬如釕(ru)的層且外側穩(wěn)定層12b為包含穩(wěn)定硬質金屬如鎢(w)的層。

在穩(wěn)定層12包含在金剛石基材11一側的內側穩(wěn)定層12a的情況下，為了在內側穩(wěn)定層12a與金剛石基材11之間具有高粘附性，內側穩(wěn)定層12a優(yōu)選為包含選自由碳化鎢(wc)、碳化鉭(tac)、碳化鉬(moc)、碳化鈮(nbc)、碳化釩(vc)、碳化鉻(crc)、碳化鈦(tic)、碳化鋯(zrc)、碳化鉿(hfc)和碳化硅(sic)構成的組中的至少一種碳化物的層。例如，優(yōu)選內側穩(wěn)定層12a為包含穩(wěn)定碳化物如wc的層且外側穩(wěn)定層12b為包含穩(wěn)定硬質金屬如鎢(w)的層。在內側穩(wěn)定層12a從金剛石基材11一側起依次包含最內側穩(wěn)定層12aa和中間內側穩(wěn)定層12ab的情況下，優(yōu)選最內側穩(wěn)定層12aa和中間內側穩(wěn)定層12ab兩者都為包含穩(wěn)定碳化物如碳化鎢(wc)的層，最內側穩(wěn)定層12aa包含碳含量高的穩(wěn)定碳化物，且中間內側穩(wěn)定層12ab包含比最內側穩(wěn)定層12aa的碳含量低的穩(wěn)定碳化物。

如圖4所示，為了增加金剛石基材11與穩(wěn)定層12之間的粘附性，金剛石基材11的形成金剛石基材11與穩(wěn)定層12之間的界面的表面優(yōu)選粗糙，即具有大的算術平均粗糙度ra。然而，為了提高穩(wěn)定層12的表面平坦度，金剛石基材11的算術平均粗糙度ra與穩(wěn)定層的厚度t滿足優(yōu)選10×ra＜t、更優(yōu)選100×ra＜t的關系。在表面非常不平坦且長徑比大于2的突起占表面大于10％的情況下，表面特征優(yōu)選由p-v(峰和谷的高度)值vpv而不是算術平均粗糙度ra來表示。在這種情況下，p-v值vpv與穩(wěn)定層的厚度t滿足優(yōu)選vpv＜t、更優(yōu)選10×vpv＜t的關系。

金剛石表面層

如圖7～圖9所示，本實施方案的復合金剛石體10可以在穩(wěn)定層12上具有厚度為5.0μm以下、優(yōu)選1.0μm以下的金剛石表面層11s。即使當復合金剛石體10包含厚度為5.0μm以下、優(yōu)選1.0μm以下的金剛石表面層11s時，在金剛石表面層下方存在的穩(wěn)定層12仍能夠使復合金剛石體用于加工工件。具有這樣的金剛石表面層11s的復合金剛石體10通過如后文中所述將離子注入位于金剛石基材11的自金剛石基材11的表面起算深度為5μm以下至更深的位置的區(qū)域中來形成(參見圖8)。或者，該復合金剛石體10通過從表面向金剛石基材11的內部注入離子、之后將金剛石表面層11s生長至小于5.0μm的厚度來形成。這樣的復合金剛石體10適合用于由氧化物或氧化物以外的任意絕緣材料制成的工件。當使用豎立在表面的任意兩個位置處的探針進行評估以感知與工件的接觸并防止帶電時，在復合金剛石體上的最外面的金剛石層更優(yōu)選是導電的。優(yōu)選地，包括接觸電阻的電導率大于10^-7s(電阻值小于10mω)。電導率的值是當將普通的becu基材料用于探針a并在室溫(25℃)和50v下進行測定且由電流和電壓確定平均值時，由電流和電壓計算出的平均電導率值。

通過沉積進行的穩(wěn)定層的形成

如圖1～圖4所示，為了形成與工件的反應性低且與金剛石基材11的粘附性高的穩(wěn)定層12，穩(wěn)定層12的至少一層優(yōu)選為設置在金剛石基材11上的沉積層，且沒有特別限制。這樣的沉積層能夠通過在金剛石基材11上進行沉積而形成。在金剛石基材11上沉積穩(wěn)定層12的方法沒有特別限制，只要所述方法適合于形成各種穩(wěn)定層12的任意一種(例如包含穩(wěn)定硬質金屬的層、包含穩(wěn)定高熔點金屬的層、包含穩(wěn)定碳化物的層、包含穩(wěn)定氮化物的層等)即可。然而，為了有效地形成具有平坦表面和高品質的穩(wěn)定層，優(yōu)選適當使用pvd(物理氣相沉積)法如氣相沉積、濺射、電弧、hipims(大功率脈沖磁控濺射)法等。為了能夠形成與金剛石基材11具有良好粘附性的高品質層，優(yōu)選使用濺射法和hipims法。也適合使用cvd(化學氣相沉積)法。為了形成包含穩(wěn)定碳化物的層，優(yōu)選cvd法。

如圖2和圖3所示，在穩(wěn)定層12包含多層(例如內側穩(wěn)定層12a和外側穩(wěn)定層12b)的情況下，可以使用如上所述的沉積穩(wěn)定層12的方法在金剛石基材11上形成內側穩(wěn)定層12a(最內側穩(wěn)定層12aa和中間內側穩(wěn)定層12ab)且之后在內側穩(wěn)定層12a(中間內側穩(wěn)定層12ab)上形成外側穩(wěn)定層12b。

如圖4所示，為了增加金剛石基材與穩(wěn)定層12之間的粘附性，優(yōu)選將金剛石基材11的表面粗糙化，即在金剛石基材11上沉積穩(wěn)定層12之前，增加金剛石基材11的表面的算術平均粗糙度ra。特別是在金剛石基材11由單晶金剛石形成的情況下，金剛石的表面具有高的平坦度且因此非常有必要增加金剛石基材與穩(wěn)定層12之間的粘附性。然而，為了提高穩(wěn)定層12的表面的平坦度，金剛石基材11的表面的算術平均粗糙度ra與穩(wěn)定層的厚度t具有優(yōu)選10×ra＜t、更優(yōu)選100×ra＜t的關系。在表面非常不平坦且長徑比大于2的突起占表面大于10％的情況下，表面特征優(yōu)選由p-v(峰和谷的高度)值vpv而不是算術平均粗糙度ra表示。在這種情況下，p-v值vpv與穩(wěn)定層的厚度t滿足優(yōu)選vpv＜t、更優(yōu)選10×vpv＜t的關系。

通過離子注入進行的穩(wěn)定層的形成

如圖4和圖5所示，為了形成與工件的反應性低并且與金剛石基材11的粘附性高的穩(wěn)定層12，穩(wěn)定層12的至少一層優(yōu)選為位于金剛石基材11的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的離子注入層，且沒有特別限制。這樣的離子注入層能夠通過將離子注入金剛石基材11中而形成。通過這樣的離子注入形成的穩(wěn)定層12與金剛石基材11具有高粘附性。

取決于待注入離子的元素的種類，離子注入能量可以為200kev～若干mev。注入離子的深度優(yōu)選為0.001μm以上且小于5μm，其中所述深度為離子濃度最高的深度。從設備和物理方面來看，難以具有自金剛石基材11的表面起算在5μm以上的最高離子濃度處的深度。然而，如果需要，可以在離子注入后另外生長金剛石層以具有自金剛石基材11的表面起算為5μm以上的深度。注入離子的元素優(yōu)選包括選自由鎢(w)、鉭(ta)、鉬(mo)、鈮(nb)、鉻(cr)、釩(v)和硅(si)構成的組中的至少一種元素，因為能夠形成硬度比鐵高的碳化物。在注入之后，可以進行退火處理以提高強度。

要注入的離子元素可以包括選自由鈀(pd)、釕(ru)、鉑(pt)和銥(ir)構成的組中的至少一種元素。這樣的元素不形成碳化物，而是以單獨原子的形式存在。在這種情況下，退火處理不太有效。

對于通過離子注入形成穩(wěn)定層12，可以通過進行一次離子注入來形成一層穩(wěn)定層。然而，優(yōu)選通過以不同能量進行多次的離子注入在厚度方向上形成多層穩(wěn)定層。優(yōu)選地，以使得注入離子的元素的原子密度落在1×10¹⁹cm^-3～1×10²²cm^-3的范圍內的方式對劑量進行調整。更優(yōu)選地，以使得注入離子的元素的原子密度落在1×10²¹cm^-3～1×10²²cm^-3的范圍內的方式對劑量進行調整。即使當離子注入能量有些高而留下金剛石層作為最外層時，只要剩余的金剛石表面層的厚度為5.0μm以下、優(yōu)選1.0μm以下且進一步優(yōu)選0.5μm以下就不存在問題。即使當金剛石表面層與工件反應而最終磨損時，在金剛石表面層下方的穩(wěn)定層12的存在仍能夠使得進行長期使用。

在通過在金剛石基材中進行離子注入形成穩(wěn)定層之后，可以通過在離子注入的穩(wěn)定層上進行沉積形成另一層穩(wěn)定層，不過該穩(wěn)定層未示出。在這種情況下，離子注入穩(wěn)定層是內側穩(wěn)定層且沉積穩(wěn)定層是外側穩(wěn)定層。

如圖6和圖9所示，為了使復合金剛石體10具有與工件的反應性低且與金剛石基材的粘附性高的穩(wěn)定層，作為上述離子注入層的穩(wěn)定層12能夠由位于分別的多個區(qū)域中的分離部分構成，所述多個區(qū)域在垂直于金剛石基材11的表面的方向上進行觀察時各自具有小于1μm的直徑。

穩(wěn)定層的形成或通過退火處理改善其與金剛石基材的粘附性

在本實施方案的復合金剛石體10中，為了形成與工件的反應性低且與金剛石基材11的粘附性高的穩(wěn)定層12，穩(wěn)定層12優(yōu)選包含至少一層作為設置在如下位置的退火層的層：在金剛石基材上的位置，和在金剛石基材的表面至內部區(qū)域的至少一部分中的位置，且不受特別限制。通過如上所述在形成沉積層或離子注入層之后，在1000℃以下的溫度下進行退火處理，能夠形成這樣的退火層。即使當該退火處理不形成明顯的退火層時，也能夠通過該退火處理增加金剛石基材11與穩(wěn)定層12之間的粘附性。特別是在金剛石基材11由單晶金剛石形成的情況下，高的表面平坦度使得非常有必要增加金剛石基材與穩(wěn)定層12之間的粘附性。

此外，如圖1～圖4所示，在通過沉積形成作為穩(wěn)定層12的包含穩(wěn)定硬質金屬的層或包含穩(wěn)定高熔點金屬的層之后，可以在含氮氣氛中在1000℃以下的溫度下進行退火處理，從而得到包含穩(wěn)定氮化物的層，并且可以在含氧氣氛中在1000℃以下的溫度下進行退火處理，從而得到包含穩(wěn)定氧化物的層。

所述退火處理在金剛石基材11與穩(wěn)定層12之間的界面處形成碳化物。該碳化物形成內側穩(wěn)定層12a，并且其中不形成碳化物的穩(wěn)定層為外側穩(wěn)定層12b。除去外側穩(wěn)定層12b時，留下作為其中形成有碳化物的碳化物層且作為新的穩(wěn)定層的內側穩(wěn)定層12a。通過該退火處理在與金剛石基材11的界面處形成的內側穩(wěn)定層12a為厚度為100nm以下且與金剛石基材11的粘附性高的非常薄的碳化物層。

盡管本實施方案的復合金剛石體10的上述說明主要是關于其用于防止或抑制金剛石基材與鐵(fe)之間的反應的特性，但它們也可應用于鎳(ni)、鈷(co)等。

此外，本實施方案的復合金剛石體10也可以應用于氧化物等。具體地，易受氧(o)影響的金剛石在加工氧化物方面不好。因此，能夠用碳化物、氮化物、氧化物等的穩(wěn)定層覆蓋金剛石基材以防止或抑制金剛石基材與氧之間的反應。在這種情況下，包含碳化物、氮化物、氧化物等的穩(wěn)定層比包含可能被氧化的金屬的穩(wěn)定層更有效。

如圖1～9中所示的并且包含上述穩(wěn)定硬質金屬、穩(wěn)定高熔點金屬、穩(wěn)定碳化物、穩(wěn)定氮化物、穩(wěn)定氧化物和穩(wěn)定氮氧化物中的任意一種的穩(wěn)定層12作為向金剛石基材11、穩(wěn)定層12和金剛石表面層11s供給電子的電子供給部。因此，由于與鐵或氧化物的工件接觸的穩(wěn)定層12和金剛石表面層11s被工件奪取了電子的事實，因此能夠防止穩(wěn)定層12和金剛石表面層11s被進一步磨損。由此提高穩(wěn)定層12和金剛石表面層11s的耐磨性。

此外，如圖10和圖11所示，優(yōu)選的是，在復合金剛石體10內、優(yōu)選在與穩(wěn)定層12接觸的金剛石基材11內形成作為電子供給部的電子供給層11e。這樣的電子供給層11e增強了穩(wěn)定層12和金剛石表面層11s切削氧化物的能力。電子供給層11e為包含例如碳(c)的sp2成分的層，且特別是石墨層。由于具有π鍵的石墨層被認為是非常軟的材料，所以包含向外露出的石墨層的基材不是合適的基材。優(yōu)選地，電子供給層形成在金剛石基材內部，具有由金剛石形成的表面，并且還能夠從內部供給電子。因此，優(yōu)選以形成位于金剛石基材內部且充當電子供給部的電子供給層的方式注入離子?？梢詫⒂糜谛纬商蓟锏脑氐碾x子注入到金剛石基材中以產生通過離子注入部分的碳化而形成的碳化物層。該碳化物層作為電子供給部并且也作為穩(wěn)定層。此外，可以將不形成碳化物的元素注入到金剛石基材中，以在離子注入部分中產生包含碳的sp2成分的層。該層作為向位于其上的穩(wěn)定層和/或金剛石表面層供給電子并由此使其穩(wěn)定的電子供給部。

用于形成作為金剛石基材11內的電子供給部的電子供給層11e的離子注入用原子沒有特別限制，且硼(b)、碳(c)、氮(n)、氬(ar)、鋁(a1)、硅(si)、磷(p)、硫(s)等適合用于離子注入。顯然，鎢(w)、鉭(ta)、鉬(mo)、鈮(nb)、鉻(cr)、釩(v)等的原子也可用于離子注入。然而，必要的條件是將金剛石留在最外層并在基材中產生電子供給部。鑒于此，優(yōu)選直至氬(ar)的元素的輕原子。這是因為：比氬(ar)原子重的原子可能會破壞最外表面的金剛石。

如上所述可應用于氧化物的加工的復合金剛石體也可適用于樹脂的加工，因為供給電子的上述結構能夠容易地切削樹脂中的碳鍵。雖然金剛石具有比復合金剛石體顯著高的硬度，但是另外具有通過金剛石供給電子的結構的金剛石成為更優(yōu)異的工具。

在通過離子注入形成金剛石基材內部的電子供給部的情況下，離子注入的深度優(yōu)選為0.001μm以上，更優(yōu)選為0.01μm以上且進一步優(yōu)選為0.1μm以上。可以通過如trim的蒙特卡羅(montecarlo)模擬來設定條件。為了供給電子，劑量優(yōu)選為1×10¹⁵cm^-2以上。

[第二實施方案：復合金剛石工具]

如圖12所示，本實施方案的復合金剛石工具1包含第一實施方案的復合金剛石體10。更具體地，本實施方案的復合金剛石工具1包含：工具的柄20；和設置在所述柄20上的第一實施方案的復合金剛石體10，并且以使得復合金剛石體10的穩(wěn)定層12與工件接觸的方式設置復合金剛石體10。由于本實施方案的復合金剛石工具1包含第一實施方案的復合金剛石體10，所以所述工具能夠長時間地加工工件并且可以應用于工件的鏡面平坦化加工。

本實施方案的復合金剛石工具1沒有特別限制，只要復合金剛石工具包含第一實施方案的復合金剛石體10并且以使得復合金剛石體10的穩(wěn)定層12與工件接觸的方式布置復合金剛石體10即可。復合金剛石工具可以例如為切削工具、修整器、端銑刀等。

用于形成制造本實施方案的復合金剛石工具1的穩(wěn)定層的工序沒有特別限制。然而，為了制造工具，優(yōu)選將金剛石基材11安裝在工具的柄20上，之后通過沉積或離子注入形成穩(wěn)定層12以形成復合金剛石體10。應注意的是，可以首先通過沉積或離子注入在金剛石基材11上形成穩(wěn)定層12來制造復合金剛石體10，之后可以將復合金剛石體10設置在工具的柄20上，其中除了制造困難外，在特性方面沒有問題出現。

實施例

實施例1

將通過氣相合成(特別是cvd)法制造的單晶金剛石基材加工成切削刀片并將切削刀片在900℃下釬焊到柄上，從而準備金剛石切削工具。在形成切削刀片的單晶金剛石基材上，通過氣相沉積法形成厚度為1μm的鎢(w)層作為穩(wěn)定層。隨后，在通過旋轉泵實現的極限真空度下的真空中，在低于釬焊溫度的700℃下退火處理1小時。在金剛石基材與穩(wěn)定層之間的界面處，形成碳化鎢(wc)。鎢(w)以其本來形式殘留在穩(wěn)定層的表面中。以800m/分鐘的速率用以這種方式得到的本實施例的工具切削鑄鐵，并與在金剛石基材上沒有涂層的金剛石工具(比較例)進行比較。當與鑄鐵接觸的工具部分的磨損量達到1μm時，將工具的壽命定義為終止。結果，本實施例的涂布的金剛石工具的壽命為比較例的金剛石工具的壽命的5倍。

實施例2

將通過氣相合成(特別是cvd)法制造的單晶金剛石基材加工成切削刀片并將切削刀片在900℃下釬焊到柄上，從而準備金剛石切削工具。在形成切削刀片的單晶金剛石基材上，形成穩(wěn)定層，即首先通過hipims法形成厚度為0.05μm的鈦(ti)層，之后通過hipims法形成厚度為1μm的氮化鈦(tin)層。隨后，在通過旋轉泵實現的極限真空度下的真空中，在低于釬焊溫度的700℃下退火處理1小時。退火處理增加了金剛石基材與穩(wěn)定層之間的粘附力。用透射電子顯微鏡(tem)觀察退火處理后的鈦(ti)層與金剛石基材之間的界面，在界面處發(fā)現35nm的碳化鈦(tic)層。以800m/分鐘的速率用以這種方式得到的本實施例的工具切削鑄鐵，并與在金剛石基材上沒有涂層的金剛石工具(比較例)進行比較。當與鑄鐵接觸的工具部分的磨損量達到1μm時，將工具的壽命定義為終止。結果，本實施例的涂布的金剛石工具的壽命為比較例的金剛石工具的壽命的9倍。

實施例3

將通過氣相合成(特別是cvd)法制造的單晶金剛石基材加工成切削刀片并將切削刀片在900℃下釬焊到柄上，從而準備金剛石切削工具。在形成切削刀片的單晶金剛石基材上，形成穩(wěn)定層，即首先通過hipims法形成厚度為0.05μm的鈦(ti)層，之后通過hipims法形成厚度為1μm的氮化鋁(a1n)層。隨后，在通過旋轉泵實現的極限真空度下的真空中，在低于釬焊溫度的700℃下退火處理1小時。退火處理增加了金剛石基材與穩(wěn)定層之間的粘附力。以800m/分鐘的速率用以這種方式得到的本實施例的工具切削鑄鐵，并與在金剛石基材上沒有涂層的金剛石工具(比較例)進行比較。當與鑄鐵接觸的工具部分的磨損量達到1μm時，將工具的壽命定義為終止。結果，本實施例的涂布的金剛石工具的壽命為比較例的金剛石工具的壽命的10倍。

實施例4

將通過氣相合成(特別是cvd)法制造的單晶金剛石基材加工成切削刀片并將切削刀片在900℃下釬焊到柄上，從而準備金剛石切削工具。在形成切削刀片的單晶金剛石基材上，形成穩(wěn)定層，即通過cvd法形成厚度為1μm的碳化鎢(wc)層作為穩(wěn)定層。隨后，在通過旋轉泵實現的極限真空度下的真空中，在低于釬焊溫度的700℃下退火處理1小時。退火處理增加了金剛石基材與穩(wěn)定層之間的粘附力。以800m/分鐘的速率用以這種方式得到的本實施例的工具切削鑄鐵，并與在金剛石基材上沒有涂層的金剛石工具(比較例)進行比較。當與鑄鐵接觸的工具部分的磨損量達到1μm時，將工具的壽命定義為終止。結果，本實施例的涂布的金剛石工具的壽命為比較例的金剛石工具的壽命的8倍。

實施例5

將通過氣相合成(特別是cvd)法制造的單晶金剛石基材加工成切削刀片。在形成切削刀片的單晶金剛石基材上，通過以1×10¹⁷cm^-2的劑量和400kev的能量離子注入鋯(zr)來形成穩(wěn)定層。在通過渦輪分子泵實現的極限真空度下的真空中，在1200℃下退火處理1小時。將在其上形成有穩(wěn)定層的金剛石基材在900℃下釬焊到柄上，從而準備金剛石切削工具。以800m/分鐘的速率用以這種方式得到的本實施例的工具切削鑄鐵，并與在金剛石基材上沒有涂層的金剛石工具(比較例)進行比較。當與鑄鐵接觸的工具部分的磨損量達到1μm時，將工具的壽命定義為終止。結果，本實施例的涂布的金剛石工具的壽命為比較例的金剛石工具的壽命的5倍。

實施例6

將通過氣相合成(特別是cvd)法制造的單晶金剛石基材或通過高壓合成法制造的單晶金剛石基材加工成用于切削工具的刀片，并在900℃下將該切削刀片釬焊到柄上，從而準備金剛石切削工具。在形成切削刀片的單晶金剛石基材上，形成穩(wěn)定層。使用單晶金剛石基材和穩(wěn)定層的不同組合來制作各樣品01～14。將各樣品的金屬種類和厚度以及切削試驗的結果一起示于表1中。對于樣品01～04，在基材上形成一層金屬層，之后進行退火處理以在界面處形成碳化物層。碳化物層形成內側穩(wěn)定層。外側穩(wěn)定層仍然是金屬層。因此，穩(wěn)定層是由至少兩層構成的結構。對于樣品05～07，在基材上在室溫(25℃)下形成鈦(ti)層，在其上形成另一層金屬層，之后進行退火處理以在與金剛石的界面處形成碳化鈦(tic)層。盡管形成tic層，但其余部分仍然為ti層。因此，穩(wěn)定層為由至少三層構成的結構，即作為內側穩(wěn)定層中的最內側穩(wěn)定層的tic層、作為內側穩(wěn)定層中的中間內側穩(wěn)定層的ti層和作為外側穩(wěn)定層的金屬層。對于樣品08和09，僅形成一層金屬層。對于樣品10和01，在基材上在500℃的基板溫度下形成釕(ru)層作為內側穩(wěn)定層，并且在內側穩(wěn)定層上在300℃以下形成另一層金屬層作為外側穩(wěn)定層。對于樣品12～14，在基材上在500℃的基板溫度下形成碳化物層作為內側穩(wěn)定層，并在內側穩(wěn)定層上在300℃以下形成金屬層作為外側穩(wěn)定層。在內側穩(wěn)定層與外側穩(wěn)定層之間獲得了相對較大的粘附力，其中在作為內側穩(wěn)定層形成的碳化物層中的金屬與作為外側穩(wěn)定層形成的最外面的金屬層的金屬的元素相同。所有穩(wěn)定層都形成為具有基本上2μm的厚度。所有穩(wěn)定層均通過hipims法形成。在形成穩(wěn)定層之前，在800℃的真空中對金剛石基材進行退火以形成薄的石墨(30nm以下)，這使得能夠更穩(wěn)定地形成穩(wěn)定層。通過hipims法形成穩(wěn)定層增加了與金剛石的粘附力。與電子束蒸鍍法和濺射法進行了比較。磨損試驗后的剝離部分在電子束蒸鍍法的情況下為2000μm²以上，而在濺射法的情況下為800μm²以上。相比之下，在hipims法的情況下，磨損試驗后的剝離部分小于80μm²。在由此形成穩(wěn)定層之后，在通過旋轉泵實現的極限真空度下的真空中，將樣品01～07在低于釬焊溫度的700℃下退火處理1小時。當沉積內側穩(wěn)定層時，在500℃的基板溫度下進行沉積。因此，當在金剛石基材上形成內側穩(wěn)定層時，在促進與金剛石的反應的條件下形成內側穩(wěn)定層，從而強化粘附性并防止剝離。為了比較，準備了沒有涂層的金剛石工具作為樣品15。

對以這種方式得到的本實施例的工具進行切削試驗，其中以800m/分鐘的速率切削鑄鐵。將結果示于表1中。在本實施例中，當與鑄鐵接觸的工具部分(后刀面部分(逃げ面部分))的磨損量達到2μm時，將工具的壽命定義為終止。如表1所示，本實施例的涂布的金剛石工具的壽命比無涂層的樣品15的壽命長。已經發(fā)現涂層是有效的。在樣品08和09的情況下，在試驗之后穩(wěn)定層已被剝離的部分的總面積為10μm²以上且小于80μm²，且在其他樣品的情況下所述面積小于10μm²。

實施例7

將通過氣相合成(特別是cvd)法制造的單晶金剛石基材或通過高壓合成法制造的單晶金剛石基材加工成用于切削工具的刀片，并將該切削刀片在900℃下釬焊到柄上，從而準備金剛石切削工具。作為通過氣相合成法制造的單晶金剛石基材，使用包含超過1ppm的非置換型氮的基材。在形成切削刀片的單晶金剛石基材上，形成穩(wěn)定層。使用單晶金剛石基材和穩(wěn)定層的不同組合來制造各樣品21～32。將碳化物層、氮化物層、氧化物層和氮氧化物層的各自的種類和各自的厚度以及切削試驗的結果一起示于表2中。對于樣品21和22，在基材上在500℃的基板溫度下沉積釕(ru)層，之后在其上形成碳化物層。ru層為內側穩(wěn)定層且其上的碳化物層為外側穩(wěn)定層。對于樣品23～25，在基材上在室溫(25℃)下形成碳化物層。對于樣品26～32，在基材上在室溫(25℃)下形成鈦(ti)層，在其上形成例如另一層碳化物層、氮化物層或氧化物層，之后進行退火處理以在與金剛石的界面處形成碳化鈦(tic)層。盡管形成tic層，但其余部分仍然為ti層。因此，穩(wěn)定層為由至少三層構成的結構，即作為內側穩(wěn)定層中的最內側穩(wěn)定層的tic層、作為內側穩(wěn)定層中的中間內側穩(wěn)定層的ti層和作為外側穩(wěn)定層的金屬層。所有穩(wěn)定層都形成為具有基本上2μm的厚度。所有穩(wěn)定層均通過hipims法形成。在實施該方法之前進行的處理和粘附性是上面結合實施例6說明的那些。對于樣品21～25和27～31的碳化物和氮化物，將金屬含量設定為高于化學計量比1～4原子％(對于wc，w為50.5～52摩爾％；對于al2o3，al為40.4～41.6原子％)且電導率高于10^-9s/cm(電阻率低于10⁹ωcm)，以提高韌性。然后進行試驗。通過x射線光電子能譜(xps)或電子探針微分析(epma)在五個不同位置進行測定并計算其平均值來確認組成。通過在相同條件下在cu基板上形成膜并通過金屬掩模形成直徑為1mm的ti電極，并且利用在cu基板與ti電極之間施加50v時的電流值來計算電阻率。對于樣品21和22，在500℃的基板溫度下沉積內側穩(wěn)定層。對于樣品26～32，在通過旋轉泵實現的極限真空度下的真空中，在形成穩(wěn)定層之后，在低于釬焊溫度的700℃下退火處理1小時。因此，當在金剛石基材上形成內側穩(wěn)定層時，在促進與金剛石的反應的條件下形成內側穩(wěn)定層，從而強化粘附性并防止剝離。為了比較，準備沒有涂層的金剛石工具作為樣品15。

對以這種方式得到的本實施例的工具進行切削試驗，其中以800m/分鐘的速率切削鑄鐵。在本實施例中，當與鑄鐵接觸的工具部分(后刀面部分)的磨損量達到2μm時，將工具的壽命定義為終止。如表2所示，本實施例的涂布的金剛石工具的壽命比無涂層的樣品15的壽命長。已經發(fā)現涂層是有效的。在樣品23～25的情況下，在試驗之后穩(wěn)定層已被剝離的部分的總面積為10μm²以上且小于80μm²，且在其他樣品的情況下所述面積小于10μm²。

實施例8

將通過氣相合成(特別是cvd)法制造的單晶金剛石基材加工成用于切削工具的刀片。在形成切削刀片的單晶金剛石基材上，進行離子注入以形成穩(wěn)定層。根據注入條件，在某些情況下，最外層仍由金剛石層形成。將用于離子注入的不同組合用于準備樣品41～48。對于樣品41～45，在離子注入之后通過普通渦輪分子泵實現的極限真空度下的真空中，在1000℃下退火處理1小時。最外面的表面由剩余的晶態(tài)金剛石形成。其他條件如表3所示。對于樣品46～48，在離子注入后通過普通渦輪分子泵實現的極限真空度下的真空中，在1200℃下退火處理2小時。最外面的表面不是由剩余的晶態(tài)金剛石形成的。大多數注入的金屬形成碳化物。其他條件如表3所示。將其上形成有穩(wěn)定層的單晶金剛石基材在900℃下釬焊到柄上，從而準備金剛石切削工具。以800m/分鐘的速率用以這種方式得到的本實施例的工具切削鑄鐵。當與鑄鐵接觸的工具部分(后刀面部分)的磨損量達到1μm時，將工具的壽命定義為終止。結果，本實施例的涂布的金剛石工具的壽命比比較例即樣品15的長。已經發(fā)現穩(wěn)定層的形成是有效的。在所有樣品中，在試驗之后穩(wěn)定層已被剝離的部分的總面積小于10μm²。通過在室溫(25℃)下用兩端探針施加50v來評價最外層的電導率值(電阻值)。對于樣品41～45，電導率值高于1μs(電阻值小于1mω)。對于樣品46～48，電導率值高于1ms(電阻值小于1kω)。

實施例9

將通過氣相合成(特別是cvd)法制造的單晶金剛石基材加工成用于切削工具的刀片。在形成切削刀片的單晶金剛石上，形成掩模，其中各自直徑為0.3μm的孔以矩形格子形狀以0.6μm的間距排列。通過這些孔進行離子注入，形成穩(wěn)定層。將穩(wěn)定層以點模式注入金剛石基材中。在離子注入后去除掩模。將離子注入的條件示于表4中。以這種方式準備了樣品51～58。對于樣品51～55，在離子注入之后通過普通渦輪分子泵實現的極限真空度下的真空中，在1000℃下退火處理1小時。對于樣品56～58，在離子注入之后通過普通渦輪分子泵實現的極限真空度下的真空中，在1200℃下退火處理2小時。將其上形成有穩(wěn)定層的單晶金剛石基材在900℃下釬焊到柄上，從而準備金剛石切削工具。以800m/分鐘的速率用以這種方式得到的本實施例的工具切削鑄鐵。當與鑄鐵接觸的工具部分(后刀面部分)的磨損量達到1μm時，將工具的壽命定義為終止。結果，本實施例的涂布的金剛石工具的壽命比比較例即樣品15的壽命長，如表4中所示。已經發(fā)現穩(wěn)定層的局部形成是有效的。在所有樣品中，在試驗之后穩(wěn)定層已被剝離的部分的總面積小于10μm²。通過在室溫(25℃)下用兩端探針施加50v來評價最外層的電導率值(電阻值)。對于樣品51～55，電導率值高于1μs(電阻值小于1mω)。對于樣品56～58，電導率值高于1ms(電阻值小于1kω)。

應當理解，本文公開的實施方案和實施例在所有方面都是通過說明而非限制的方式給出的。意在使本發(fā)明的范圍由權利要求而不是由上述說明來限定，并且包括與權利要求的含義和范圍等價的所有修改和變體。

標號說明

1：復合金剛石工具；11：金剛石基材；11e：電子供給層；11s：金剛石表面層；12：穩(wěn)定層；12a：內側穩(wěn)定層；12aa：最內側穩(wěn)定層；12ab：中間內側穩(wěn)定層；12b：外側穩(wěn)定層；20：柄。