表面处理及/或制作技术方法

摘要

将雷射照射于一基质使含于基质内之一组成(主)元素(即，碳)流动、蒸发并反应，因而改良组成元素之组合(即，晶体结构)，并将改良后之组成物扩散回至基质，作为于基质表面制造镀层(即，金刚石或似金刚石碳)过程之加工处理。如此则会于基质皮下层立即产生一造材区，该等由下层基质之组成物成为产生于基质表面之镀层组成物之金属转变，将对基质造成镀层之扩散结合。相同(即，碳)或相异之附加(副)元素可被导入基质之表面或上层之反应区,以增进镀层之制造以及决定镀层之组成物。雷射能量系由一激态原子雷射，–Nd:YAG雷射以及–CO2雷射组合所提供，其产生之光束宜经由一用以导送副元素至反应区之喷嘴进行照射。反应区系遮覆有一由喷嘴所导送之惰性(不反应)屏蔽气体(即，N2)。经由雷射、组成元素与副元素于基质表面产生一平展电浆，该平展电浆可随意沿基质边缘延伸而于其上制造一镀层。前处理以及镀层制造步骤可一起进行(就地进行)。亦可将基质先予预先处理使成为特殊表面以备随后之镀覆步骤。任一情况中，经由前处理步骤均会于基质产生有利之金属变化。该二过程(前处理以及镀层制造)均适合于无需预热基质亦无需真空之环境中进行。多种几何形状、尺寸与轮廓之基质，例如：平板切削工具嵌入物以及圆形切削工具，均极易于以此种方式镀覆镀层。雷射系可对基质或电浆以任何合适之角度(包括同轴角)加以照射。

主权项

1.一种带有碳组成元素的基质之处理方法,该方法 包括步骤有: 将雷射能量导向一基质的表面; 藉利用该雷射能量激活在基质内选定量的碳组成 元素,由此达成碳组成元素朝向该基质的表面移动 ; 使来自基质选定量的碳组成元素蒸发;及 藉利用该雷射能量使已蒸发碳组成元素的结构改 质以便自已蒸发碳组成元素中在基质的表面上形 成一金刚石或似金刚石碳物质。2.依申请专利范 围第1项之方法,复包括步骤有:持续将雷射能量导 向基质的表面,由此将该金刚石或似金刚石碳物质 直接在基质表面的下方形成。3.依申请专利范围 第1项之方法,复包括步骤有:以该雷射能量诱发出 制成之金刚石或似金刚石碳镀层内之物理应力。4 .依申请专利范围第1项之方法,复包括步骤有:以该 雷射能量完成镀层之表面加工。5.依申请专利范 围第1项之方法,复包括步骤有:持续将雷射能量导 向基质的表面,以便在基质上制成一多层金刚石或 似金刚石碳镀层,该多层中一层系制成在该基质的 表面上者,而其余多层中的每一层则设置在该多层 中剩余层的另一层上。6.依申请专利范围第1项之 方法,复包括步骤有:于基质上导入一种副元素,其 中该副元素为一种含碳材料。7.依申请专利范围 第1项之方法,复包括步骤有:于基质上导入一种副 元素,其中该副元素为一选自包括甲烷、乙烷、乙 烯、丙烷、丁烷、己烷、一氧化碳及二氧化碳之 群的含碳材料。8.依申请专利范围第1项之方法,复 包括步骤有:于基质上导入一种副元素,其中该副 元素为一选自包括氢与氧的含碳聚合物材料。9. 依申请专利范围第1项之方法,复包括步骤有:于基 质上导入一种副元素,其中该副元素为酮。10.依申 请专利范围第1项之方法,复包括步骤有:以电力偏 压基质。11.依申请专利范围第1项之方法,复包括 步骤有:将该雷射能量导向仅仅在该基质的表面选 定区。12.依申请专利范围第1项之方法,其中基质 为一钢材。13.依申请专利范围第12项之方法,其中 该钢材为不锈钢。14.依申请专利范围第12项之方 法,其中该钢材为碳化钢。15.依申请专利范围第1 项之方法,其中该雷射能量系由三种明显的雷射提 供,即:一第一雷射,一第二雷射以及一第三雷射,每 一雷射导向基质的同一表面而至少三种中的一种 雷射系进行蒸发步骤。16.依申请专利范围第15项 之方法,其中该第一雷射系为一激态原子雷射。17. 依申请专利范围第15项之方法,其中该激态原子雷 射系经赋予脉冲者。18.依申请专利范围第15项之 方法,其中该第二雷射系为一Nd:YAG雷射。19.依申请 专利范围第15项之方法,其中该第三雷射系为一CO2 雷射。20.依申请专利范围第15项之方法,其中该第 一雷射系为一激态原子雷射;第二雷射系为一Nd:YAG 雷射;以及第三雷射系为一CO2雷射。21.一种带有碳 组成元素的基质之处理方法,该方法包括步骤有: 将雷射能量导向一基质的表面,并以该雷射能量 (a)引起在基质内选定量的碳质元素产生局部加热, 以便使该碳质元素移向该基质的表面而由该雷射 能量予以蒸发: (b)藉该雷射能量使已蒸发碳质元素的结构改质;以 及 (c)自该已蒸发碳组成元素中在至少该基质的表面 上形成一金刚石或似金刚石碳材料。22.一种带有 碳组成元素的基质之处理方法,该方法包括步骤有 : 将雷射能量导向一基质的表面,并以该雷射能量 (a)引起在基质内选定量的含碳元素产生局部加热, 以便使该含碳元素移向该基质的表面而由该雷射 能量予以蒸发; (b)藉该雷射能量使已蒸发含碳元素的结构改质;以 及 (c)自该已蒸发含碳元素中在至少该基质的表面上 形成一金刚石或似金刚石碳材料。23.一种带有碳 组成元素的基质之处理方法,该方法包括步骤有: 将雷射能量导向一基质的表面; 藉利用该雷射能量激活在基质内选定量的碳组成 元素,由此达成碳组成元素朝向该基质的表面移动 ; 藉利用该雷射能量使选定量的碳组成元素蒸发;以 及 藉利用该雷射能量使已蒸发碳组成元素的结构改 质,自已蒸发碳组成元素中至少在该基质的表面上 形成一金刚石或似金刚石碳物质。图式简单说明: 第一图为描述本发明技术方法的制法流程图。 第二图A是以本发明之技术方法所处理(镀覆)之基 质的部分横断面图,其中特别描述了基质内之主要 及副造材区的形成。 第二图B是以本发明之方法所处理(镀覆)之基质的 部分横断面图,其中特别描述了基质表面上多层镀 层的形成。 第三图为根据本发明,实施基质表面处理之系统的 实施例之一般透视图。 第四图为根据本发明,实施基质表面处理之系统的 另一实施例之一般透视图。 第五图为将次要元素导入本发明之基质处理系统 的喷嘴之实施例的横断面图。 第五图A及第五图B为将次要元素导入本发明之基 质处理系统的喷嘴之另一个实施例的顶端平面图 及横断面图。 第六图A为根据习用方法之碳化钨基质的横断面图 示。 第六图B为根据本发明之技术方法,对第六图A之碳 化钨基质作事前处理后的横断面图示。 第七图为根据本发明之基质处理系统的透视图,其 中3个雷射将能量(光束)透过喷嘴来照射基质表面 。 第八图为支撑在基座上拟根据本发明做表面处理 之基质的横断面图,在此特别描述了可根据本发明 之技术方法形成的平面电浆。 第九图为根据本发明之系统(如:第七图的系统)的 主要部分的图示说明。 第十图为根据本发明之范例,描述第七图系统各个 部分的一连串操作过程。 第十图A、第十图B、第十图C及第十图D分别为根据 本发明一实施例,有关激态原子Nd:YAG及CO雷射之操 作参数的图示,图表及曲线。 第十一图A为在表面处理之前,现有碳化钨基质表 面的显微照片,其中显示了研磨的痕迹及表面的污 损。 第十一图B为第十一图A之碳化钨基质表面在经过 本发明之表面处理过程的事前处理后的显微照片 。 第十一图C为第十一图B之碳化钨基质表面在经过 本发明之表面处理过程的镀层处理后的显微照片 。 第十一图D为第十一图C之碳化钨基质表面在经过 本发明之表面处理后所摄得的Raman光谱。 第十一图E为第十一图C之碳化钨基质在经过本发 明之表面处理后的横断面显微图示。 第十一图F为根据本发明之技术方法所制作之金刚 石镀层的显微照片,其中显示了1,0,0的结晶方向。 第十二图A为根据本发明之范例,描述光束横断面 及交会处的详细图示。 第十二图B为根据本发明之范例,描述正在作表面 处理之基质的侧面图示。 第十三图A到第十三图H为根据本发明,在基质上制 作可裁制镀层的图示。 第十三图I为使用本发明之镀覆技术方法来制作三 维物体的透视图,图中并展现了本方法中的真正异 质磊晶性质。 第十四图A及第十四图B为根据本发明之技术方法 处理长管状之基质的透视图。 第十五图A及第十五图B为根据本发明之技术方法 施以镀层之球状轴承的横断面图。 第十六图A为根据本发明之典型实施例,描述正在 作表面处理之圆柱形工具的侧面图。 第十六图B为根据本发明另一个典型实施例,描述 正在作表面处理之圆柱形工具的侧面图。 第十六图C及第十六图D为根据本发明之又一个实 施例,描述正在作表面处理之圆柱形工具的侧面及 顶端图。 第十六图E为根据本发明再一个典型实施例,描述 正在作表面处理之圆柱形工具的侧面图。 第十六图F为根据本发明另一个典型实施例,描述 正在作表面处理之圆柱形工具的侧面图。 第十七图A为适合将次要元素导入反应系统之装置 的部分横断面图。 第十七图B为根据本发明,将气体导入反应系统之 喷嘴的部分切除透视图。 第十七图C类似第十七图B之喷嘴的部分横断面图 。 第十八图为描述本发明之制法如何辅助一似CVD方 法的图示。 第十九图为适合将次要元素导入反应系统之另一 个装置的部分横断面图。