在金刚石工具的使用过程中，有一些仍然具有工作能力的金刚石颗粒会 从粘结剂上脱落并从工具上掉出。一些金刚石颗粒因为表面裂缝和细孔的出 现而发生断裂和损坏。因此，金刚石工具的使用寿命被缩短。
金刚石颗粒脱落的原因是由于它们与用来将颗粒固定在工具中的粘结 剂之间的粘结力较弱而造成的。由于工业用金刚石中所存在的缺陷(存在表 面细孔和微小裂缝)，所以工具或物品使用期间所产生的应力会使裂缝在金 刚石晶体中扩展，进而导致脆性断裂。因此，提高金刚石工具性能的方法之 一就是，增加金刚石工具中金刚石颗粒与母体(粘结剂)之间的粘合强度并 且提高金刚石颗粒自身的强度(即，对金刚石颗粒中有缺陷的表面进行强 化)。另一个方式是在将用于切割珠宝的金刚石铜焊入底座期间增强金刚石 与底座之间的粘结力。
通过给金刚石颗粒施加粘性涂层，即，由铁族金属(镍、钴及其合金) 组成的涂层，就可以增强金刚石颗粒与金属和陶瓷母体之间的粘结力，但是， 它不能保证使金刚石与这些涂层之间具有很好的粘结力。另外，在高温下， 铁族金属会促使金刚石转换成石墨，即，在这些金属的作用下，金刚石的体 积将会缩小。目前，一种广泛使用并且较为简单的涂覆涂层的方法是利用含 水溶液进行电化学或化学淀积的方法。
例如，在国际申请WO 97/09469中描述了一种通过利用电解镍对嵌入金 刚石颗粒的结构进行金属化处理以制造铅笔状金刚石工具的过程。电解镍是 一种粘性涂层，金刚石颗粒借助该涂层与工具中的金属粘结剂粘合在一起。 但是，镍涂层与金刚石之间的粘合强度和金属粘结剂与金刚石之间的粘附力 基本上没有不同，因为粘结剂通常从铜-镍合金中产生。
由碳化物形成的涂层施加在工业用金刚石的表面上以提高加工、修正及 钻孔工具的耐久度。几乎所有的过渡元素金属(如Ti、Zr、V、Nb、Cr、 Mo)都会活跃地与金刚石发生反应以形成相应的碳化物。但是所合成的碳 化物不能具有足够的保护特性(由于碳在碳化物中的扩散速率较高，所以会 造成金刚石的石墨化，进而造成强度的损失，而且当金刚石工具在高温下工 作时，碳化物的机械特性也较低)。
钨被认为是一种独特的保护性材料，因为其碳化物在不仅高温下具有最 大强度特性，而且还是一种极好的屏障用以防止由于钨和金刚石的原子间键 合力而造成的碳扩散。例如，在PCT/US96/12462中描述了对含有金刚石的 工具的强化方法，在该方法中，金刚石被涂覆含有碳化钨和具有钴或金属陶 瓷(如金属碳化物和氮化物)的碳化钨微粒的材料。这些微粒利用冶金方法 (如焊接)被引入涂层。但是，该混合层与金刚石颗粒之间的粘结力通常不 强。另一方面，金刚石颗粒的机械特性在烧结温度下将会下降，尤其在使用 人造金刚石时。
英国专利GB 614396中描述了一种用于对金刚石或类似难熔材料进行 金属化处理的方法。该方法包括：利用例如四氯化碳进行化学清洗、在真空 中利用离子轰击进行物理清洗以及淀积所需金属。但是，物理蒸气淀积法对 金刚石的强化并不是理想的方法，因为电离粒子簇不能被引入到金刚石表面 上的裂缝和其它隐蔽的狭缝缺陷当中，从而不能使表面得到加固。另一方面， 不论如何加强表面清洗，物理淀积的薄膜与金刚石之间的粘结力都比较低， 因为粘性碳化物层通常不利用这种方法形成。只有化学蒸气淀积方法能够解 决与金刚石的良好粘合问题，因为它是通过修复金刚石的表面缺陷而对其进 行强化的。
PCT/GB98/02900中描述了一种对工具中所使用的金刚石颗粒进行强化 的方法，其利用金刚石薄膜填充入工业用金刚石表面缺陷中。但是，在金刚 石工具的制造中，这种金刚石涂层表面与母体金属之间具有低的粘合强度。

本发明的目的是对天然金刚石和人造金刚石及其合成物的缺陷表面进 行强化，并且同时增强它们与金刚石工具和物品内的粘结剂之间的粘结力。 这些目的是通过在低温下给金刚石和含有金刚石的材料施加碳化钨涂层而 得以实现的，在所述温度下，金刚石及其合成物的机械特性不会受到影响。
根据本发明的一个方面，它提供了金刚石颗粒和含有金刚石的材料的一 种涂层，该涂层可以是单层钨或者是由一碳化钨WC构成的单相碳化钨层， 而且所述钨和一碳化钨中都被掺杂进量值为0.0004至0.3wt％的氟。
所述涂层可以是一个双层涂层，其内层为一碳化钨层，外层为钨层。
所述涂层也可以是一个多层(多叠层)涂层，它含有一个钨外层以及多 个碳化钨内层。在含有金刚石的衬底和一碳化钨内层的顶部，所述涂层可以 含有由半碳化钨(W2C)、低碳化钨(W3C)、低碳化钨W3C与W12C的混合 物以及低碳化钨W12C组成的多个连续层。在使用粘性多层涂层的情况下， 可以没有外部钨层。
在本发明中，所述碳化钨内层的厚度为0.1-10μm，所述外部钨层的厚 度为0.1-10μm，内部碳化物层与外部金属钨层的厚度比可以从1∶1变化至 1∶100，
在本发明的一个实施方案中，一个氟含量为0.0004至0.3wt％的半碳化 钨W2C层被涂覆在所述一碳化钨层的顶部。
在本发明的另一个实施方案中，一个氟含量为0.0004至0.3wt％的低碳 化钨W3C层被涂覆在所述半碳化钨层的顶部。
在本发明的另一个实施方案中，一个氟含量为0.0004至0.3wt％的低碳 化钨W12C层被涂覆在所述低碳化钨W3C层的顶部。
在本发明再一个实施方案中，一个氟含量为0.0004至0.3wt％的低碳化 钨W12C层被涂覆在所述半碳化钨W2C层的顶部。
所述多层复合涂层中的每个层都具有不同的功能。外部钨层保证与金刚 石工具或物品内的金属粘结剂具有最佳粘结力。将外层中的钨用其碳化物取 代会导致与粘结剂的粘结力的下降。内层一碳化钨对于保证复合涂层与含有 金刚石的材料之间的粘结力来说是必需的。中间层可以含有低碳化钨或者整 组的低碳化钨W2C、W3C和W12C，用以提供从一碳化钨到金属性钨的一个 碳含量的平滑梯度，并且保证内层与外部层之间的粘结力。另外，利用多层 涂层可以更加彻底地实现强化过程中的化合效应。
碳化阶段的形成始于金刚石表面的缺陷区域。这将导致碳化钨被部分填 充到金刚石表面的缺陷部分当中，从而使晶体得到强化。另一方面，随着碳 化物层的形成，它将限制碳进一步从金刚石颗粒中扩散入涂层的过程，从而 防止金刚石晶体中的强度损失。
本发明的另一个方面提供了一种将所述涂层涂覆在金刚石和含有金刚 石的材料上的方法，并且所述方法包括：将所述金刚石或含有金刚石的材料 放置在含有粉末状钨和氟含量为0.003-5wt％的惰性填充物的填料媒介中，并将 其加热至700-1200℃。
在本发明的一个实施方案中，所述步骤在700-800℃的温度下并且在氟 含量为0.003-0.7wt％的填料中被执行，从而产生掺杂有氟的钨涂层。
在本发明的另一个实施方案中，所述步骤在950-1200℃的温度下并且 在氟含量为0.05-3wt％的填料中被执行超过10分钟，从而产生由掺杂有氟 的一碳化钨WC组成的涂层。
在本发明的另一个实施方案中，所述步骤在950-1200℃的温度下并且 在氟含量为0.05-3wt％的填料中被执行超过10分钟，从而产生由一碳化钨 WC内层和钨外层组成的涂层。
在本发明的另一个实施方案中，所述步骤在920-1150℃的温度下并且 在氟含量为0.01-2.5wt％的填料中被执行12分钟，从而产生由一碳化钨WC和半碳化钨W2C组成的涂层。
在本发明的另一个实施方案中，所述步骤在920-1150℃的温度下并且 在氟含量为0.01-2.5wt％的填料中被执行超过12分钟，从而产生由含有一 碳化钨WC及半碳化钨W2C的内层和外部钨层组成的涂层。
在本发明的另一个实施方案中，所述步骤在900-1100℃的温度下并且 在氟含量为0.008-2.0wt％的填料中被执行15分钟，从而产生由一碳化钨 WC、半碳化钨W2C以及低碳化钨W3C组成的涂层。
在本发明的另一个实施方案中，所述步骤在900-1100℃的温度下并且 在氟含量为0.008-2.0wt％的填料中被执行超过15分钟，从而产生由含有一 碳化钨WC、半碳化钨W2C及低碳化钨W3C的内层和外部钨层组成的涂层。
在本发明的另一个实施方案中，所述步骤在850-1050℃的温度下并且 在氟含量为0.005-1.5wt％的填料中被执行17分钟，从而产生由一碳化钨 WC、半碳化钨W2C以及低碳化钨W3C和W12C的混合物组成的涂层。
在本发明的另一个实施方案中，所述步骤在850-1050℃的温度下并且 在氟含量为0.005-1.5wt％的填料中被执行超过17分钟，从而产生由含有一 碳化钨WC、半碳化钨W2C及低碳化钨W3C和W12C的混合物的内层以及 外部钨层组成的涂层。
在本发明的又一个实施方案中，所述步骤在800-1000℃的温度下并且 在氟含量为0.004-1.0wt％的填料中被执行20分钟，从而产生由一碳化钨 WC、半碳化钨W2C以及低碳化钨W12C组成的涂层。
在本发明的再一个实施方案中，所述步骤在800-1000℃的温度下并且 在氟含量为0.004-1.0wt％的填料中被执行超过20分钟，从而产生由含有一 碳化钨WC、半碳化钨W2C及低碳化钨W12C的内层以及外部钨层组成的涂 层。
利用上述难熔的过渡金属对金刚石进行金属化处理通常采用扩散法，但 是这种方法不能被用于钨化处理，因为它需要1400℃以上的加热温度。众 所周知，在1100℃以上，几乎所有的工业合成金刚石和天然金刚石都会失 去强度。
为了降低利用扩散过程涂覆碳化钨涂层时的温度，建议使用一种特殊填 料，其能保证碳化钨复合涂层在金刚石上按照适当的速率，在700℃或更高 的温度下生长。
所述填料中含有钨粉，其中带有或者没有惰性填充物(如氧化铝)，并 且还带有含量被限制在0.003-5.0wt％之内的含氟材料。通过改变金刚石晶 体被保留在所述填料中的时间和温度以及填料中氟的含量，就可以改变多层 涂层的成分和厚度。
金刚石颗粒或含有金刚石的材料被与其中带有或者没有惰性填充物(如 氧化铝)并且还带有含量被限制在0.003-5.0wt％之内的含氟材料的钨填料 混合起来，并且被放置在一个钢铝石坩埚当中。所述坩埚被放于一个真空炉 中，该真空炉被抽真空至0.01Pa以下。所述真空炉被加热至指定温度并且 保持一段时间，以使所需的厚度的多层碳化钨涂层在金刚石表面上生成。之 后，带有坩埚的真空炉在持续保持抽空的情况下被冷却至室温。然后坩埚被 从炉中取出并且带有金刚石颗粒的填料被从坩埚中取出。最后，金刚石颗粒 通过筛选而与填料分离。
本发明的另一个方面提供了一种用于将涂层涂覆在金刚石或含有金刚 石的材料之上的方法，其中所述涂层包括含量为0.0004至0.3wt％的氟，所 述方法包括以下步骤：
a)将金刚石或含有金刚石的材料放置于一个带有搅拌器的化学蒸气淀 积反应器内，
b)将反应器抽真空至10Pa，
c)对所述金刚石或含有金刚石的材料进行加热，
d)向所述反应器供给六氟化钨和氢气，
e)将所述金刚石或含有金刚石的材料保持一段在所述衬底上形成钨层 所需的时间，
f)停止供给六氟化钨和氢气，
g)将反应器抽真空至0.01Pa，
h)将所述衬底退火至形成碳化钨所需的温度，
i)将所述金刚石或含有金刚石的材料保持一段形成碳化钨所需的时间。
在本发明的一个实施方案中，将金刚石晶体或其它含有金刚石的材料放 置在一个有六氟化钨和氢作为媒介的化学蒸气淀积反应器内，并使其处于 400-800℃的温度以及2-150kPa的反应混合物压力之下。反应混合物可以 含有惰性气体(如氩)，其含量最多可达总体积的95％。氢的含量最多可达 99％，六氟化钨的含量最多达30％。六氟化钨与氢气的比例可以为0.01-0.3， 而且在所述步骤h)中，金刚石或含有金刚石的材料在不超过0.01Pa的真 空中以及800-1200℃的温度下被退火。
在本发明的另一个实施方案中，在所述步骤h)中，所述金刚石或含有 金刚石的材料的退火在1100-1200℃的温度下执行，从而产生由一碳化钨内 层以及外部钨层组成的涂层。
在本发明的另一个实施方案中，在所述步骤h)中，所述金刚石或含有 金刚石的材料的退火在1000-1100℃的温度下执行，从而产生由一碳化钨 WC和半碳化钨W2C的内层以及外部钨层组成的涂层。
在本发明的另一个实施方案中，在所述步骤h)中，所述金刚石或含有 金刚石的材料的退火在950-1000℃的温度下执行，从而产生由一碳化钨 WC、半碳化钨W2C和低碳化钨W3C的内层以及外部钨层组成的涂层。
在本发明的又一个实施方案中，在所述步骤h)中，所述金刚石或含有 金刚石的材料的退火在850-950℃的温度下执行，从而产生由一碳化钨WC、 半碳化钨W2C和低碳化钨W3C与W12C的混合物的内层以及外部钨层组成 的涂层。
在本发明再一个实施方案中，在所述步骤h)中，所述金刚石或含有金 刚石的材料的退火在800-850℃的温度下执行，从而产生由一碳化钨WC、 半碳化钨W2C和低碳化钨W12C的内层以及外部钨层组成的涂层。
经过脱垢和清洗污物之后的金刚石颗粒和含有金刚石的材料被放置在 一个直流通量化学蒸气淀积反应器内，该反应器配有一个电热器和搅拌器 (mixer)。所述化学反应器被一带有氮气冷冻出气闸(freezing-out trap)的 低真空泵抽成空气最稀薄的环境，然后，氢气和氩气被注入到反应器中。之 后，搅拌器被打开，并且反应器与金刚石颗粒一起被加热至所需温度。它们 在该温度下被放置0.5-1小时。然后，反应器中的必要氢气流量和所需的普 通压强被设定。接下来，六氟化钨的所需流速以及预热至30℃被设定。在 涂覆钨层所需的时间周期内，金刚石颗粒或其它含有金刚石的材料被不断地 搅动并且保持在所指定的条件下。然后，停止供应六氟化钨，并且金刚石颗 粒或含有金刚石的材料被加热至一个较高的温度(退火)，并且在此温度下 保持一段时间以用于产生碳化钨内层。之后，反应器在继续供应氢气或氩气 并保持搅动的情况下被冷却至室温。然后，氢气或氩气的供应被停止，并且 让空气进入反应器。最后，带有金刚石颗粒或含有金刚石的材料的坩埚被从 反应器中取出。
优选实施方式
例1
氟含量为0.1wt％的钨填料以及大小为30-50克拉的天然金刚石被按照 10∶1的体积比在0.01Pa的真空度以及750℃的温度下放置1.5小时。其结 果使得氟含量为0.004wt％并且厚度为1.2μm的钨涂层被淀积在金刚石上。
例2
带有含氟1wt％的惰性填充物的钨填料，以及大小为20-30克拉的天然 金刚石被按照10∶1∶1的体积比在0.01Pa的真空度以及1100℃的温度下 放置10分钟。其结果使得氟含量为0.008wt％并且厚度为0.2μm的一碳化 钨WC涂层被淀积在金刚石上。
例3
带有含氟0.85wt％的惰性填充物的钨填料以及大小为20-30克拉的天 然金刚石被按照10∶1∶1的体积比在0.01Pa的真空度以及1050℃的温度 下放置1小时，其结果使得总的氟含量为0.008wt％并且总厚度为2.5μm 的带有一个外部钨层的一碳化钨涂层被淀积在金刚石上。
例4
氟含量为0.7wt％的钨填料以及大小为400-315μm的人造金刚石被按照 12∶1的体积比在0.01Pa的真空度以及1050℃的温度下放置11分钟。其 结果使得由一碳化钨WC和半碳化钨W2C组成并且氟的总含量为0.009wt ％且总厚度为0.15μm的双层涂层被淀积在金刚石上。
例5
带有含氟0.54wt％的惰性填充物的钨填料以及大小为160-125μm的人 造金刚石被按照15∶2∶1的体积比在0.01Pa的真空度以及980℃的温度下 放置19分钟。其结果使得由一碳化钨WC和半碳化钨W2C以及低碳化钨 W3C组成并且氟的总含量为0.01wt％且总厚度为0.22μm的多层涂层被淀 积在金刚石上。
例6
氟含量为0.45wt％的钨填料以及大小为315-250μm的人造金刚石被按 照14∶1的体积比在0.01Pa的真空度以及950℃的温度下放置1.5小时。 其结果使得由一碳化钨WC，半碳化钨W2C，低碳化钨W3C以及一个外部 钨层组成并且氟的总含量为0.0011wt％且总厚度为2.3μm的多层涂层被淀 积在金刚石上。
例7
30-50克拉的天然金刚石被放置在一个其中含有按照1∶50体积比混合 的六氟化钨和氢气的化学淀积反应器中，并且在550℃的温度以及4kPa的 总反应混合压力之下放置30分钟。然后反应器被抽空至0.01Pa，其上形成 有厚度为7μm钨涂层的金刚石晶体被在1120℃的温度下退火30分钟。其 结果是形成了由一碳化钨WC和外部钨层组成并且氟的总含量为0.005wt ％双层涂层。
例8
20-30克拉的天然金刚石被放置在其中含有按照1∶40体积比混合的六 氟化钨和氢气的上述反应器中，并且在600℃的温度以及4kPa的总反应混 合压力之下放置25分钟。然后反应器被抽空至0.01Pa，其上已形成有厚度 为9μm钨涂层的金刚石晶体被在1030℃的温度下退火45分钟。其结果是 形成了由一碳化钨WC、半碳化钨W2C以及外部钨层组成并且氟的总含量 为0.006wt％多层涂层。
例9
400-315μm的人造金刚石被放置在其中含有按照1∶50体积比混合的 六氟化物和氢气的所述反应器中，并且在570℃的温度以及4kPa的总反应 混合压力之下放置20分钟。然后反应器被抽空至0.01Pa，其上已形成厚度 为5μm钨涂层的金刚石晶体被在900℃的温度下退火1小时。其结果是形 成了由一碳化钨WC、半碳化钨W2C、低碳化钨W3C和W12C的混合物以 及外部钨层组成并且氟的总含量为0.009wt％多层涂层。
工业实用性
对涂覆有根据本发明所述涂层的天然金刚石进行压缩结构强度测试的 结果表明，与无涂层金刚石晶体相比，其金刚石颗粒的强度平均提高了12 ％。因此，本发明被建议用于皇冠及其它钻头和切割工具的产品当中。对带 有按照本发明所述方法进行涂覆的天然金刚石晶体的钻头的产品测试结果 表明，在无需更换钻头的情况下，其钻速和穿透深度提高了50％。
使用在单晶工具的制造期间涂有钨和碳化钨的金刚石看起来很有前途。 所推荐的是，可以将涂覆碳化钨的人造金刚石或由它们熔结成的大块用于制 造切割工具。例如，带有按照本发明所述涂层的人造金刚石颗粒的金刚石锯 与不带涂层的金刚石锯相比，其耐久性是后者的两倍。