SiC中间层对金刚石涂层硬质合金刀具膜 基界面结合性能的影响

基于第一性原理分别计算了WC-Co/Graphite/Diamond、WC-Co/SiCC-Si/Diamond和WC-Co/SiCSi-C/Diamond界面模型的粘附功、断裂韧性,分析了电子结构和态密度.结果表明:Graphite/Diamond界面粘附功极小,金刚石在石墨基面上成核不良;WC-Co/Graphite界面处Co与C(Graphite)原子具有同种电荷而相斥,添加SiC中间层改变了界面处原子的电荷分配与成键方式,WC-Co/SiC界面Co与C(或Si)原子具有异种电荷而相吸,且Co-Si(SiC)键强于Co-C(SiC)键;SiC/Diamond界面C(SiC)-C(Diamond)键强于Si(SiC)-C(Diamond)键.因此,三种界面模型中各界面的粘附功SiCSi-C/Diamond>SiCC-Si/Diamond>WC-Co/SiCSi-C>WC-Co/SiCC-Si>WC-Co/Graphite>Graphite/Diamond.总之,添加SiC中间层提高了金刚石涂层硬质合金刀具膜基界面结合性能.     

基于第一性原理的WC-Co(0001)/cBN(111)界面结合性能研究

基于第一性原理方法,建立WC-Co/cBN4B、WC-Co/cBN4N、WC-Co/cBN1B-near OA、WC-Co/cBN1N-near OA、WC-Co/cBN1N-near OB和WC-Co/cBN1B-near OB六种界面模型,计算其界面粘附功、断裂韧性.结果 表明:WC-Co/cBN4B界面具有最大粘附功值9.705 J·m-2,界面最稳定,粘附功大于WC(0001)w界面的断裂韧性7.824 J·m-2,裂纹倾向于出现在基体中;WC-Co/cBN4N界面有最小粘附功4.470 J·m-2,界面最不稳定,粘附功小于WC(000l)w界面的断裂韧性,裂纹倾向于出现在界面处.在此基础上,为从电荷转移、成键方式和价电子分布的深层次角度解释界面稳定性,进行了差分电荷密度、态密度和Mulliken布居分析,结果表明:WC-Co/cBN4B模型中,界面处Co、B原子之间存在电荷转移,由Co-d、B-p轨道杂化成强Co-B共价键;WC-Co/cBN4N模型中,界面处Co、N原子之间亦存在电荷转移,由Co-d、N-p轨道杂化成弱Co-N共价键.两种模型的界面处,Co-B共价键的布居数更大且键长更小、键能更大,Co-B共价键的作用强于Co-N共价键作用,因此,WC-Co/cBN4B界面结合性能更好,界面更稳定.