摘要　鍍膜金剛石在現(xiàn)代金剛石制品中的應(yīng)用愈來愈重要，我們對(duì)鍍鉻和鍍鈦兩種金剛石的鍍層作了俄歇分析。結(jié)果表明：俄歇能較準(zhǔn)確分析膜層元素原子數(shù)分?jǐn)?shù)、膜層厚度；所用鍍鉻和鍍鈦金剛石，鍍層中分別除碳、鉻元素，碳、鈦元素外，均含有氧元素，這是鍍層表面氧化所致；所用鍍鉻和鍍鈦金剛石，相對(duì)穩(wěn)定的鍍層厚度分別約為25nm，360nm。ＸＲＤ線譜分析，鍍鉻金剛石鍍層由于太薄，未發(fā)現(xiàn)衍射相，鍍鈦金剛石鍍層卻有ＴiC為基的固溶體形成。

　　鍍膜金剛石在現(xiàn)代金剛石制品中的應(yīng)用愈來愈重要。比如：微電子、信息、光伏、ＬＥＤ等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，用金剛石與銅復(fù)合件作熱管理系統(tǒng)中的散熱材料，金剛石顆粒鍍膜是制備該復(fù)合件的關(guān)鍵技術(shù)之一；又如，當(dāng)代加工硅材、藍(lán)寶石、功能陶瓷等用的金剛石線鋸，金剛石鍍膜同樣是制備線鋸的關(guān)鍵技術(shù)之一；還有，加工硬脆類非金屬材料用的傳統(tǒng)金剛石工具，往往要對(duì)金剛石顆粒作鍍膜處理。諸如此類，金剛石制件都涉及金剛石鍍膜技術(shù)。現(xiàn)今，國內(nèi)外金剛石鍍膜技術(shù)種類較多，并有一些取得工業(yè)應(yīng)用。然而，對(duì)金剛石鍍膜層微觀分析研究的報(bào)道較少。為此，本文擬對(duì)兩種金剛石鍍膜層的成分、鍍膜厚度以及形成的物相分別采用俄歇分析儀、X射線衍射（XRD）分析儀作實(shí)驗(yàn)分析。

　　1　實(shí)驗(yàn)

　　本文采用兩種鍍膜金剛石，一是采用真空微蒸法制備的鍍鈦金剛石，二是采用電化學(xué)制備的鍍鉻金剛石。兩種金剛石粒度同為40/50目。金剛石經(jīng)凈化后，進(jìn)入俄歇分析儀。俄歇分析儀采用PHI700型，同軸電子槍的槍高壓為5KV，CMA能譜分析器的能量分辨為0.1%，并采用Ar+槍濺射金剛石膜層表面，逐層向膜層內(nèi)部剝離，分析室的真空度為5.18×10－7Pa。XRD采用X’Pert PRO型分析儀。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 鍍鉻金剛石
　　金剛石鍍鉻膜層，當(dāng)濺射膜厚度2、8nm時(shí)，得到的俄歇電子能量圖譜如圖1。

在2、4、6、8nm處采集的碳、鉻、氧、硅元素的原子數(shù)分?jǐn)?shù)列于表1。


　　由表1看出在鍍層的表面直到8nm，鍍膜中除碳、鉻外，還有氧，且氧原子數(shù)分?jǐn)?shù)大于鉻，這顯然是鍍膜被氧化的結(jié)果。當(dāng)鍍膜進(jìn)一步濺射剝離15、40、100nm時(shí)，他們的俄歇電子能量圖譜如圖2.
在15、20、25、30、40、100nm時(shí)采集的碳、鉻、氧、硅元素的原子數(shù)分?jǐn)?shù)列于表2.

　　由表2可以看出，一是在15~40nm區(qū)間內(nèi)氧原子分?jǐn)?shù)大幅下降，這可能是表面鉻的氧化物的生成阻止了外界氧向內(nèi)部的氧化；二是鉻原子數(shù)分?jǐn)?shù)明顯上升，且與碳原子數(shù)分?jǐn)?shù)之比較穩(wěn)定。當(dāng)膜層進(jìn)入100nm時(shí)，碳原子數(shù)分?jǐn)?shù)上升至92.3%，鉻原子數(shù)分?jǐn)?shù)大幅下降，僅有4.5%，表明金剛石顆粒鍍鉻層基本結(jié)束，3.2%的氧原子數(shù)分?jǐn)?shù)可能是金剛石顆粒中固有的雜質(zhì)。

　　鍍鉻金剛石鍍層各元素相對(duì)原子數(shù)分?jǐn)?shù)隨膜層厚度的變化如圖3.

　　從圖3可以看出，鍍鉻金剛石表面氧化層約為15nm厚；從15~40nm區(qū)間是碳、鉻、氧元素、原子數(shù)分?jǐn)?shù)之比相對(duì)穩(wěn)定的膜層，此區(qū)間鉻原子數(shù)分?jǐn)?shù)約25%、碳原子數(shù)分?jǐn)?shù)約60%、氧原子數(shù)分?jǐn)?shù)約13%，亦即接近真實(shí)意義的鍍鉻層，層厚約25nm；從100nm以后，基本上是碳元素，表示進(jìn)入金剛石顆粒內(nèi)部。鍍鉻金剛石的XRD譜圖上并未發(fā)現(xiàn)鉻或鉻的合金相等，這是由于鉻鍍層很薄。
　　2.2 鍍鈦金剛石
　　按同樣的分析方法，得出的各元素相對(duì)原子數(shù)分?jǐn)?shù)隨濺射剝離膜層百厚的變化，如圖4。
　　從圖4可以看出，60nm厚時(shí)是輕微氧化層，60nm以后氧原子數(shù)分?jǐn)?shù)下降，鈦原子數(shù)分?jǐn)?shù)上升，直到420nm，鈦、碳、氧三元素基本穩(wěn)定在n(Ti):n(C):n(O)=66:32:2。這是真正意義上鍍鈦層，層厚360nm。從420nm至600nm，鈦原子數(shù)分?jǐn)?shù)明顯下降至15%，碳原子數(shù)分?jǐn)?shù)明顯上升至82%。這是穩(wěn)定鍍層與金剛石顆粒之間的過渡層。600nm以后，基本上是金剛石的碳元素，但金剛石內(nèi)部同樣有氧元素雜質(zhì)。
　　鍍鈦金剛石的XRD圖譜如圖5。
　　它是將鍍鈦金剛石黏結(jié)于雙面導(dǎo)電膠帶后，再黏結(jié)于玻璃板上做出的，由于金剛石顆粒未能完全覆蓋膠帶，致使圖譜出現(xiàn)了非晶態(tài)膠帶的花樣。這樣，只需對(duì)圖譜中的3個(gè)衍射峰（圖中標(biāo)志1，2，3）加以分析，因采用Cu靶，2θ在35.88。、41.50。時(shí)，分別是TiC的（111）、（200）晶面的衍射峰；2θ為43.44。時(shí)，是金剛石最密集面（111）的衍射峰。單元素a-鈦的2θ衍射峰應(yīng)是35.09。、38.42。、40.14。，在本衍射線譜中并未出現(xiàn)。因而，可證實(shí)金剛石鍍鈦層不是單一鈦的附著層，而是形成以TiC為基的固溶體鍍層，達(dá)到了冶金包鑲金剛石的目的。

　　3 結(jié)論

　　（1） 采用俄歇分析儀可較準(zhǔn)確的分析金剛石鍍層內(nèi)的元素原子數(shù)分?jǐn)?shù)及鍍層厚度。
　　（2） 本鍍鉻金剛石表面約有15nm厚的氧化層，相對(duì)穩(wěn)定的鍍鉻層約有25nm厚，100nm以后基本上是金剛石顆粒本體，40nm至100nm是穩(wěn)定鍍鉻層向金剛石顆粒本體過渡的過渡層。
　　（3） 本鍍鈦金剛石表面約有60nm厚的氧化層，相對(duì)穩(wěn)定的鍍鈦層約有360nm厚，600nm以后基本上是金剛石顆粒本體，400nm至600nm是穩(wěn)定的鍍鈦層向金剛石顆粒本體過渡的過渡層。
　　（4） 鍍鈦層厚度是鍍鉻層厚度的約14倍（用途不同），較厚的鍍鈦層的XRD線譜證實(shí)，鍍層形成以TiC為基的固溶體，有利于冶金包鑲金剛石。

　　作者簡(jiǎn)介
　　徐燕平，男，1971年生，教授。主要研究方向：超硬材料制品。