一、项目简介

化学气相沉积（CVD）金刚石膜材料具有优异的机械、化学、光学和热学等性能，具有和天然金刚石相近的高硬度、低摩擦系数、高热导率以及优异的透微波、透红外性能。因此，金刚石膜同样可作为理想的刀（工）具材料、机械耐磨材料、化学耐蚀材料、热沉材料、红外窗口材料等。这种新材料的制备及应用研究已经受到了欧、美、日等发达国家的高度重视，我国也将其列入国家“863”计划，支持其基础研究和产品开发工作。

南京航空航天大学在国家自然科学基金等支持下，开发成功了电子辅助增强热丝法生长金刚石膜的技术与设备，可以实现金刚石涂层和厚膜的稳定大批量生长，满足工业化生产需要。

二、国内外现状

进入九十年代，CVD金刚石膜的制备技术发展迅速，在美国其产品已开始在机械加工（刀具、工具、耐磨部件等）、半导体（热沉）、航天（卫星窗口、导弹窗口、导弹头罩等）等领域应用，主要公司有Wavemat、ASTEX、SP3、Norton、Kennametal等。在英国、日本等国，著名的工具厂家均纷纷投入人力、物力，开发金刚石膜刀（工）具，CVD金刚石膜已经显示出广阔的应用前景和巨大的潜在市场。在我国，在金刚石膜制备工艺与设备、加工及其在刀具、拉丝模中的应用方面研制出自己的产品。目前，国内在金刚石膜技术方面的滞后主要表现在：1）批量生产时膜的质量不稳定；2）膜的生长设备自动化程度低；3）缺乏优质高效生长技术；4）膜的后续精密加工技术相对落后；5）能用于热沉、红外窗口的高品质膜生长技术不成熟。

在CVD金刚石膜技术领域的最新发展趋势是进一步提高CVD金刚石膜的质量，尤其是提高其热导率以及透微波和透红外性能，以便在半导体及光学行业等得到更好应用；研究开发膜的大面积生长技术与设备，提高生长效率，降低生长成本；改善膜的后续可加工性，降低加工成本；进一步提高薄膜与基体材料间的结合性能，推广CVD金刚石膜的应用范围；加大产业化研究开发力度，实现膜材料及其制品的批量化生产。

三、技术可行性及现有的水平

南京航空航天大学对热丝法生长CVD金刚石膜的机理与工艺技术开展了深入系统的研究，设计并制造了EACVD金刚石膜沉积设备多台，其性能指标已达国际先进水平。其中，生长厚膜时最大生长直径可达150mm以上，连续稳定生长1.5mm厚；沉积薄膜时，最大面积可达200*200mm²；解决了生长过程中金刚石晶粒的有效控制问题。同时，还研制成功了CVD金刚石拉丝模、修正笔以及外圆车削刀具等。

课题组还对采用电沉积过渡层改善金刚石膜与基体材料件间结合性能开展了大量研究，成功地制备了Ni-金刚石颗粒以及Ni-Mo-金刚石颗粒复合沉积层。采用这些过渡层能够极大地提高金刚石膜与基体材料间的结合性能，为我们在硬质合金上获得粘附金刚石膜提供了一条新思路。

四、经济效益分析

就金刚石膜刀具而言，包括薄膜涂层刀具和厚膜焊接刀具两大类，与单晶或聚晶金刚石刀具相比，其最大的优势在于便于大批量生产，因此，不仅便于保证产品质量稳定可靠，而且可以大大降低生产成本，使得金刚石膜刀具具有更强的市场竞争力。目前，聚晶金刚石刀具在汽车制造、航空航天等领域已经获得成功应用。有人预测，在不久的将来金刚石膜刀具完全可能替代聚晶金刚石刀具以及部分其它涂层刀具。

以CVD金刚石膜为模芯的拉丝模也开始和硬质合金拉丝模以及天然金刚石拉丝模展开竞争。随着CVD金刚石膜质量的进一步提高以及其制备和后续加工成本的进一步降低，金刚石膜拉丝模也可能替代目前广泛使用的硬质合金以及天然金刚石产品。

此外，在半导体及光学行业，美国等已经开始将CVD金刚石膜应用于大规模集成块的散热片、导弹及航天器的红外窗口等。美国Norton公司还研制成功了CVD金刚石导弹头罩，在国防高技术领域同样具有广阔的应用前景。

因此，不论在民用工业中，还是在国防工业中，CVD金刚石膜的应用前景都十分巨大，该项技术的产业化前景十分美好。

五、应用范围

刀具；工具；耐磨部件；热沉；红外窗口

六、合作方式

技术合作，技术转让，技术咨询。

七、联系方式

南京航空航天大学    孔祥浩    科技开发办公室主任

电话：025-84892757      手机：13851550745       邮箱：std01@nuaa.edu.cn