多层在所述切削刃上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层，所述多层的碳涂层具有从所述切削刃至所述碳涂层外围的方向上的大体上渐增的硬度。
2.如权利要求1所述的切削工具，其中所述本体包括：具有纵轴的圆柱形本体。
3.如权利要求2所述的切削工具，包括位于所述圆柱形本体的相对于所述切削刃反向的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端。
4.如权利要求1所述的切削工具，其中所述碳涂层的厚度为20nm至5000nm。
5.如权利要求1所述的切削工具，其中所述碳涂层的硬度为至少5GPa。
6.如权利要求5所述的切削工具，其中所述碳涂层的硬度为10GPa至60GPa。
7.如权利要求1所述的切削工具，其中所述多层包括在所述工作端上提供的初级层和在所述初级层上提供的次级层，其中所述次级层的硬度高于所述初级层的硬度。
8.如权利要求7所述的切削工具，其中所述初级层的硬度为5GPa至20GPa并且所述次级层的硬度为10GPa至60GPa。
9.如权利要求7所述的切削工具，其中所述初级和次级层各自的厚度独立地在10nm至
10.如权利要求1所述的切削工具，包含在所述切削刃与所述碳涂层之间的金属碳化物或金属中间层。
11.如权利要求10所述的切削工具，其中所述金属碳化物或金属中间层的金属选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ru、Os及它们的组合的过渡金属。
12.如权利要求10所述的切削工具，其中所述金属碳化物中间层是碳化钛和碳化铬的至少一种，并且所述金属中间层是钛和铬的至少一种。
13.如权利要求1所述的切削工具，其中所述碳涂层是使用过滤的碳离子等离子体沉积的。
14.如权利要求13所述的切削工具，其中所述过滤的碳离子离子体是从阴极真空电弧产生的。
15.如权利要求1所述的切削工具，其中所述切削工具是印刷电路板(PCB)钻头。
16.如权利要求1所述的切削工具，其中所述切削工具是印刷电路板(PCB)铣刀。
17.如权利要求2所述的切削工具，其中所述圆柱形本体的直径为0.001mm至3mm。
18.如权利要求1所述的切削工具，其中所述本体包含碳化钨和钴。
19.如权利要求1所述的切削工具，其特征为所述碳涂层表现出0.3至1的Raman强度值。
20.涂覆刀具的方法，所述刀具包括具有纵轴的圆柱形本体、在所述本体的一端的用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端以及在所述本体相对于所述工具啮合端的反向端的工作端，所述方法包括下述步骤：(a)在交变的偏压脉冲下将过滤的等离子体碳离子沉积于所述工作端上以在其上形成多层基本上不含大粒子的碳涂层，所述多层的碳涂层具有从所述切削刃至所述碳涂层外围的方向上的大体上渐增的硬度，其中所述偏压脉冲在相对高的负偏压脉冲与低的负偏压脉冲之间交变。
21.如权利要求20所述的方法，在步骤(a)之前，包括下述步骤：(b)在惰性气氛中或在真空下，从阴极真空电弧源产生包含碳离子的等离子体束；以及(c)将所述等离子体束过滤以从其中除去基本上所有的大粒子。
22.如权利要求20所述的方法，包括下述步骤：(a1)从下述范围中选择所述高的负偏压脉冲：-500V至-5000V。
23.如权利要求20所述的方法，包括下述步骤：(a2)从浮动电源或从下述范围中选择所述低的负偏压脉冲：-50V至-1000V。
24.如权利要求20所述的方法，包括下述步骤：(e)在基体上以高达10kHz或高达5kHz的频率施加所述偏压脉冲。
25.如权利要求24所述的方法，其中所述脉冲步骤(e)包括下述步骤：(e1)从1kHz至3kHz的范围中选择所述频率。
26.如权利要求24所述的方法，其中所述脉冲步骤(e)包括下述步骤：(e2)从以下范围中选择所述脉冲的持续时间：1μs至50μs。
27.如权利要求24所述的方法，其中交变地施加所述相对高的负偏压与所述低的负偏压，持续时间为0.1秒至20秒。
28.刀具用于印刷电路板生产的用途，所述刀具包括：具有纵轴的圆柱形本体；
在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端；
在所述本体相对于所述工具啮合端的反向端的工作端；以及多层在所述工作端上提供的，基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层，所述多层的碳涂层具有从所述切削刃至所述碳涂层外围的方向上的大体上渐增的硬度，其中在使用中，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，所述被涂覆的工作端在所述印刷电路板的基体中钻孔。
(a)提供刀具，所述刀具包括具有纵轴的圆柱形本体、在所述本体的一端的用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端以及在所述本体相对于所述工具啮合端的反向端的工作端；以及(b)在交变的偏压脉冲下将过滤的等离子体碳离子沉积于所述工作端上以在其上形成多层基本上不含大粒子的碳层，所述多层的碳涂层具有从所述切削刃至所述碳涂层外围的方向上的大体上渐增的硬度，其中所述偏压脉冲在相对高的负偏压脉冲与低的负偏压脉冲之间交变。
在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端；
在所述本体相对于所述柄端的反向端的工作端；以及多层在所述工作端上的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层，所述多层的碳涂层具有从所述切削刃至所述碳涂层外围的方向上的大体上渐增的硬度，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，所述工作端用于在所述印刷电路板中钻孔。
31.刀具用于在印刷电路板生产期间在所述印刷电路板基体中钻孔的用途，所述工具包括：具有纵轴的圆柱形本体；
在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端；
在所述本体相对于所述柄端的反向端的工作端；以及多层在所述工作端上的、基本上不含大粒子并且厚度为1.5μm或更小的碳涂层，所述多层的碳涂层具有从所述切削刃至所述碳涂层外围的方向上的大体上渐增的硬度，其中，在使用中，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，所述涂层在所述印刷电路板基体中钻孔。
32.在印刷电路板基体中钻孔的方法，包括下述步骤：(a)将钻头或铣刀钻入所述印刷电路板板基体中，所述刀具的末端包括在其上的多层基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层，所述多层的碳涂层具有从所述切削刃至所述碳涂层外围的方向上的大体上渐增的硬度。
具有等离子体沉积的碳涂层的切削工具
技术领域
[0001] 本发明一般地涉及被涂覆的诸如刀具(tool bit)的切削工具(cuttingtool)，例如，用于印刷电路板(此处称为“PCB”)生产中的涂覆了碳的刀具。
[0002] 发明背景
[0003] PCB上的加工操作必须是精确的，并且适应非常接近的公差。对于使用钻头(drill bit)或其它类似的旋转钻孔装置的钻孔操作，根据钻孔直径、轴向直线度(axial straightness)以及钻孔的深度测量该公差。
[0004] PCB的基体通常由难以钻孔的材料(即玻璃纤维)制成，这对PCB生产中所用的钻头和其它旋转钻孔工具提出了高要求。诸如玻璃纤维的材料能够是非常有磨蚀作用的，并且趋向于相对快速地使钻头末端变钝。这使得钻头无法满足公差标准，从而导致PCB版制造中出现空间断层(dimensional fault)。
[0005] 为了克服与钻头的高磨损率有关的问题，已知用诸如硬化的碳素钢(carbide steel)的硬涂层涂覆钻头以阻止钻头钝化的速率。然而，由于PCB板材料的磨蚀性，在钻头变得如此的钝以至于其作废并且必须被更换前，大部分硬化的碳化物PCB钻头的寿命为每一钻头约500至2,000个循环。
[0006] 第6,881,475号美国专利(Ohtani等人)公开了具有通过物理蒸汽沉积而沉积的碳涂层的刀具。Ohtani教导了涂覆了碳的工具，其由碳化钨基体材料、沉积在碳化钨基体的切削刃上的厚度为0.05μm至0.5μm的无定形碳薄膜以及设置在基体层与碳涂层之间的厚度为0.5nm至10nm的中间层组成。物理蒸汽沉积方法的问题是相对硬的“大粒子”沉积于进行涂覆的表面上，这是不期望的，因为它们增加了工具的切削阻力。Ohtani认识到，期望尽可能小的大粒子密度。然而，尽管Ohtani确实认识到需要在碳涂层上获得尽可能低的大粒子密度，但是其通常的大粒子密度仍然是大约70,000至260,000。尽管Ohtani确实公开了大粒子密度为24,000的一个样品，但是更期望获得甚至更低的粒子密度。而且，低大粒子密度样品的涂层厚度也是低的(50nm)，并且在碳涂层外层与碳化钨基体材料之间没有设置中间层。
[0007] 需要提供克服、或者至少改进一种或多种上述缺点的刀具。
[0008] 发明概述
[0009] 根据第一方面，提供了切削工具，其包括：
[0010] 本体；
[0011] 在所述本体的至少一部分上的切削刃(cutting edge)；以及
[0012] 在所述切削刃上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层。
[0013] 有利地，因为该碳涂层基本上不含大粒子，相对于用具有分散于涂层中的大粒子的碳涂覆的切削工具，其切削阻力减小。更有利地，切削工具可以是刀具，当用于在PCB材料中钻孔时，相对于已知的硬涂层，基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层显著地延长了刀具的循环寿命。
[0014] 在一实施方案中，切削工具是刀具，其包括：
[0015] 具有纵轴的圆柱形本体；
[0016] 在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端；
[0017] 在所述本体的相对于所述工具啮合端的反向端的工作端；以及
[0018] 在所述工作端上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层。在使用中，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，所述被涂覆的工作端在被加工件中钻孔。
[0019] 碳涂层的厚度可以至少大于10nm。碳涂层可以具有选自以下的厚度：20nm至5000nm、20nm 至 4000nm、250nm 至 3000nm、250nm 至 2500nm、250nm 至 2000nm、250nm 至
1500nm、250nm至1000nm、500nm至3000nm、500nm至2500nm以及1000nm至2000nm 。
[0020] 碳涂层的硬度可以是至少5GPa，优选至少10GPa。任选地，硬涂层的硬度为5GPa至60GPa或10GPa至60GPa或20GPa至45GPa。
[0021] 在一实施方案中，碳涂层包含在所述切削刃上提供的初级层(primary layer)和在所述初级层上提供的次级层(secondary layer)，其中所述次级层的硬度大于所述初级层的硬度。任选地，初级层的硬度为5GPa至20GPa或5GPa至10GPa，并且所述次级层的硬度为10GPa至60GPa或20GPa至45GPa。在一实施方案中，初级和次级层各自的厚度在10nm至2500nm、10nm至1500nm、250nm至1500nm、500nm至1500nm以及800nm至1500nm的范围内。
[0022] 在切削刃与碳涂层之间可以设置金属碳化物中间层或者金属中间层。该金属碳化物中间层或金属中间层的金属可以是过渡金属。该过渡金属可以选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Fe、Ru、Os及它们的组合。
[0023] 在一实施方案中，过渡金属碳化物是碳化钛、碳化铬或它们的混合物。在另一实施方案中，金属中间层的金属是钛、铬或它们的合金。
[0024] 可以使用源自过滤的阴极真空电弧(filtered cathodic vacuum arc)的等离子体来沉积碳涂层。
[0025] 在一实施方案中，切削工具是印刷电路板(PCB)钻头。在另一实施方案中，切削工具是印刷电路板(PCB)铣刀(router bit)。
[0026] 圆柱形本体的直径可以选自0.001mm至3mm、0.05mm至3mm、0.05mm至3mm、0.05mm至2mm、0.05mm至1mm、0.05mm至0.5mm以及0.05mm至0.25mm。
[0027] 在一实施方案中，切削工具包含设置于所述工作端与所述硬涂层之间的金属层。金属层的厚度可以是250nm至1500nm。
[0028] 在一实施方案中，圆柱形本体包含碳化钨和钴。
[0029] 在一实施方案中，提供了刀具，其包括：
[0030] 具有纵轴的圆柱形本体；
[0031] 在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端；
[0032] 在所述本体相对于所述工具啮合端的反向端的工作端；
[0033] 在所述工作端上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的初级碳涂层；
[0034] 在所述初级碳涂层上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的次级碳涂层，其中，所述次级碳涂层的硬度比所述初级碳涂层更硬；
[0035] 其中，在使用中，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，所述被涂覆的工作端在被加工件中钻孔。
[0036] 等离子体沉积的碳涂层可以表现出约0.3至约1或约0.5至约0.8的Raman强度值。
[0037] 根据第二方面，提供了涂覆刀具的方法，该刀具包含具有纵轴的圆柱形本体、在所述本体的一端的用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端以及在所述本体相对于所述工具啮合端的反向端的工作端，该方法包括下述步骤：(a)将等离子体碳离子沉积于所述工作端上以在其上形成基本上不含大粒子的碳涂层。
[0038] 在步骤(a)之前，该方法可以包括下述步骤：(b)在惰性气氛或在真空下，从阴极真空电弧源产生包含碳离子的等离子体束；以及
[0039] (c)将所述等离子体束过滤以从其中除去基本上所有的大粒子。
[0040] 在步骤(a)期间，该方法可以包括下述步骤：(d)向所述刀具的所述工作端施加交变的偏压脉冲，所述偏压脉冲在相对高的负偏压脉冲与低的负偏压脉冲之间交变。
[0041] 该方法可以包括步骤(d1)从下述范围中选择所述高的负偏压脉冲：-500V至-5,000V、-1000V至-3,000V、-1800V至-4,500V以及-2000V至-2500V。
[0042] 该方法可以包括步骤(d2)选择浮动电源或从下述范围中选择所述低的负偏压脉冲：-50V至-500V、-100V至-200V以及-50V至-150V。
[0043] 该方法可以包括步骤(e)在基体上以高达10kHz或高达5kHz的频率施加偏压脉冲。脉冲步骤(e)可以包括步骤(e1)从1kHz至3kHz的范围中选择频率。
[0044] 脉冲步骤(e)可以包括步骤(e2)从下述范围中选择脉冲的持续时间：1μs至50μs、1μs至25μs、30μs至50μs以及5μs至10μs。
[0045] 可以交变地施加相对高的负偏压和低的负偏压，持续时间选自0.1秒至20秒或1秒至5秒。
[0046] 根据第三方面，提供了刀具用于印刷电路板(PCB)生产的用途，该刀具包括：
[0047] 具有纵轴的圆柱形本体；
[0048] 在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端；
[0049] 在所述本体相对于所述工具啮合端的反向端的工作端；以及
[0050] 在所述工作端上提供的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层，[0051] 其中在使用中，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，所述被涂覆的工作端在所述PCB中钻孔。
[0052] 根据第四方面，提供了制备刀具的方法，该方法包括下述步骤：
[0053] (a)提供刀具，该刀具包括具有纵轴的圆柱形本体、在所述本体的一端的用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端以及在所述本体相对于所述工具啮合端的反向端的工作端；以及
[0054] (b)将基本上不含大粒子的等离子体碳离子沉积于所述工作端以在其上形成基本上不含大粒子的碳层。
[0055] 根据第五方面，提供了印刷电路板(PCB)钻头或铣刀，其包括：
[0056] 具有纵轴的圆柱形本体；
[0057] 在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端；
[0058] 在所述本体相对于所述柄端(shank end)的反向端的工作端；以及[0059] 在所述工作端上的、基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，该工作端用于在所述PCB中钻孔。
[0060] 根据第六方面，提供了刀具用于在印刷电路板(PCB)生产期间在板中钻孔的用途，该工具包括：
[0061] 具有纵轴的圆柱形本体；
[0062] 在所述本体的一端的、用于与能够使所述圆柱形本体围绕所述纵轴旋转的工具相啮合的工具啮合端；
[0063] 在所述本体相对于所述柄端的反向端的工作端；以及
[0064] 在所述工作端上的、基本上不含大粒子并且厚度为约1.5μm或更小的碳涂层，[0065] 其中，在使用中，由于所述圆柱形本体围绕其纵轴旋转，所述碳层在所述PCB中钻孔。
[0066] 根据第七方面，提供了具有一个或多个用第一方面所述的刀具钻出的孔的印刷电路板(PCB)。
[0067] 根据第八方面，提供了在印刷电路板(PCB)基体中钻孔的方法，其包括下述步骤：
[0068] (a)将钻头或铣刀钻入PCB板基体中，所述刀具的末端包含在其上的基本上不含大粒子的等离子体沉积的碳涂层。
[0069] 定义
[0070] 本文所用的下述词语和术语具有所指明的含义：
[0071] 术语“大粒子(macro-particles)”、“大粒子(macro-particle)”以及“大粒子(macroparticle)”是大的(通常0.1微米直至10微米)、通常中性的粒子，该粒子是在使用阴极电弧方法沉积的膜中，在光学显微镜下可见的多原子簇。
[0072] 术语“基本上不含大粒子”表示通过碳离子等离子体沉积的涂层膜中的大粒子的2 2
密度小于至少10,000粒子/mm，更优选小于至少1,000粒子/mm。
[0073] 术语“刀具”在本说明书的上下文中，意指用于轴向钻孔的刀具，并在其范围内包括钻头、端铣刀(end mill)和铣刀，用于在被加工件中钻孔。在一实施方案中，刀具在电子工业中用于PCB制造，具体地，刀具用于在PCB的基体中轴向地钻孔。
[0074] 术语“工作端”在本说明书的上下文中，意指刀具的用碳涂覆了等离子体沉积的碳涂层的末端，并且该末端在被加工件中实际地钻孔。
[0075] 术语“工具啮合端”在本说明书的上下文中，意指刀具的与能够使刀具围绕其纵轴旋转的工具相啮合的末端。例如，工具啮合端可以包括能被插入钻头的卡盘并被钻头的卡盘锁定啮合的柄部分。
[0076] 术语“硬涂层”在本说明书的上下文中，意指硬度比刀具的工作端的硬度更硬的碳涂层。碳涂层的硬度通常为至少10GPa，碳涂层的硬度更通常为10GPa至35GPa。
[0077] 术语“切削刃”应被广泛地解释为包括能够切削材料的工具本体的任何部分。应当注意，该术语不被限制为工具的实际刃，而可以意指能够进行切削操作的工具的具体的点。例如，在钻头切削工具中，切削刃可以是“工作端”，它是能够被推入实心钻头从而切削实心钻头的钻头末端。因此，当描述钻头时，术语“切削刃”和“工作端”能够互换地使用。
[0078] 除非另外指明，术语“包括(comprising)”和“包括(comprise)”及其语法变化形式，旨在表达“开放的”或“包括性的”的语言，因此它们包括所述的元素，但也允许包括另外的未提及的元素。
[0079] 本文所用的术语“约”，在制剂组分的浓度的上下文中，通常指所述数值的+/-5％，更通常指所述数值的+/-4％，更通常指所述数值的+/-3％，更通常指所述数值的+/-2％，甚至更通常指所述数值的+/-1％，甚至更通常指所述数值的+/-0.5％。
[0080] 在整个本公开中，某些实施方案可以以范围的形式公开。应当理解，范围形式的描述仅仅是为了方便和简洁，而不应被解释为对所公开的范围的严格限制。因此，对范围的描述应当被认为具体公开了该范围内所有可能的子范围和单个的数值。例如，诸如1至6的范围描述应当被认为具体公开了诸如1至3、1至4、1至5、2至4、2至6、3至6等的子范围，以及该范围内单个的数值，例如1、2、3、4、5和6。这不论范围的宽度均适用。
[0081] 附图简述
[0082] 附图例示了公开的实施方案，并用于解释公开的实施方案的原理。然而，应当理解，设计附图仅是为了说明的目的，而不是作为对本发明限定的定义。
[0083] 图1是根据一个公开的实施方案的被涂覆的刀具的侧面示意图；
[0084] 图2是涂覆于图1的刀具的工作端的一个涂层实施方案的截面示意图；以及[0085] 图3是涂覆于图1的刀具的工作端的另一涂层实施方案的截面示意图。
[0086] 实施方案详述
[0087] 参照图1，示出钻头10形式的切削工具的侧面示意图。尽管下文的描述将描述钻头10，但是应当意识到，这仅是为了方便，并且下文的描述能够等同地应用于其它切削工具，例如，圬工钻(masonry drill)、端铣刀、铣刀、刀、车床、链锯、锯、剪刀等。
[0088] 钻头10包括圆柱形本体12，该本体具有如虚线14所示的延伸通过其中的纵轴。本体12由碳化钨和钴合金(WC-Co)制成。WC-Co刀具在本领域是已知的，并且能从诸如SFS Carbide Tool，Inc.，Saginaw，Michigan，United States of America和SGS Carbide Tool(UK)Ltd，Wokingham，Berkshire，United Kingdom的多个生产商处商购。
[0089] 本体12包括柄端16形式的工具啮合端和位于本体12相对于柄端16的反向端的末端18形式的工作端。该本体还包括从末端18延伸至本体12的中部的螺旋构造。如将在下文中进一步描述的，该螺旋构造有助于在PCB板中钻孔。
[0090] 柄端16具有的尺寸和形状允许其被钻孔工具的卡盘(未显示)啮合，从而本体12能够在使用中围绕纵轴14旋转。
[0091] 用碳涂层20涂覆工作端18，该碳涂层相对本体12是硬的。碳涂层20包含通过由碳离子组成的等离子体束沉积在工作端18上的碳。如将在下文中进一步描述的，碳离子等离子体束已经被过滤了，从而其基本上不含大粒子。因此，碳涂层20基本上不含大粒子。
[0092] 等离子体束是使用由Nanofilm Technologies International Pte Ltd(NTI)，Singapore开发的、并被描述于均被整体并入本文作为参考的公开的国际专利申请WO96/26531和第7,014,738号美国专利中的过滤的阴极真空电弧(FCVA)装置从石墨靶标产生的。FCVA装置从阴极电弧源产生被“过滤”的等离子体束，从而其基本上不含包含中性多原子簇的颗粒的大粒子。
[0093] 使用电源向末端18施加偏压。能够使用任何数目的电源，例如可从NTI获得的“高压脉冲发生器”(HVPG)。动力单元具有控制面板，能够在该控制面板上手动地设置参数。还使用开关装置绝缘栅双极晶体管(IGBT)，其被保护以避免电流过载或短路。发生器组件还装有输出保险丝。
[0094] 脉冲发生器的输出范围为高达-10,000V，优选-5,000V，更优选-2,000V至-4,000V；并且脉冲持续1-50μs，对于直流电弧源，优选1-20μs，更优选5-10μs，并且对于FCVA源，优选10-40μs，更优选15-25μs；并且频率高达10kHz，优选1-3kHz，更优选1.5-2.5kHz。
[0095] HVPG与FCVA装置相关联，并与钻头10连接。在FCVA装置的操作期间，HVPG被设定为将大的负电压的脉冲传递至钻头10。手动或通过遥控启动或停止HVPG。
[0096] 碳涂层20的厚度为0.1-1μm。因此，碳涂层20是非常薄的，并且不能为裸眼所见，但是，如图1所示，其厚度被放大以用于示例。
[0097] 发明人惊讶地发现，通过FCVA装置沉积的碳涂层20提供了比通过其它沉积方法沉积的已知的碳涂层更长的循环寿命。不被理论所束缚，认为等离子体沉积的碳离子保证了碳涂层对末端18的非常紧密的粘附，从而增加了钻头10的循环寿命。而且，因为一层一层的碳离子互相沉积以形成碳涂层，所以认为极其紧密的涂层的建立提供了非常高的硬2
度。而且，被过滤的等离子体束保证了没有大粒子的平滑涂层，通常小于300粒子/mm，这意味着该切削工具的切削阻力小于那些具有相对较高的大粒子密度的碳涂层的切削工具的切削阻力。发明人惊讶地发现，在要求PCB板钻孔的PCB生产中，相对于用已知的沉积方法涂覆的钻头，具有基本上不含大粒子的碳涂层的钻头10显著地增加了钻头的循环寿命。
[0098] 参照图2，示出了能够涂覆于刀具10的末端18的涂层20A的一实施方案的横截面示意图。涂层20A由通过FCVA装置产生，并沉积于刀具10的末端18上的过滤的等离子体束形成的第一金属层22A组成。金属层18的金属是钛(Ti)，并且厚度(tM)为0.05μm至0.8μm。
[0099] 碳化钛(TiC)形式的初级金属碳化物层TiC层24A被涂覆至金属层22A。通过等离子体束沉积初级TiC层24A，在该过程中用-3500V的偏压偏向刀具末端18以产生相对软的初级TiC层24A，其具有15-25GPa的范围内的相对低的硬度但是具有降低的应力。初级TiC层24A的厚度(tLs)为0.05μm至0.8μm。
[0100] 形成初级TiC层24A后，继续施加过滤的碳离子等离子体束以形成碳层26A。尽管初始偏压是-3500V，但是其在约10秒后升高至-200V。较低的负偏压将次级碳层26A的硬度升高至约35GPa。次级碳层26A的厚度(tLh)为0.05μm至0.8μm。
[0101] 因此，刀具末端18与碳化钛层24A之间的钛层22A促进了相连的层之间的粘附。而且，碳化钛层24A与碳层26A之间渐增的硬度导致涂层20A中从金属层22A至顶部碳层
26A方向上的渐增的硬度。该渐增的硬度保证在钻孔操作期间最暴露于被加工件的碳层
20A部分是最硬的层，从而增加了PCB生产中钻头10的循环寿命。
[0102] 而且，从刀具末端18至顶部碳涂层26A连续渐增的硬层保证了极好的粘附，从而涂层20A紧密地保持在末端18上。
[0103] 尽管在图2中示出的层24A和26A是两个离散的层，但是应当意识到这仅用于示例性目的。实际上，可以通过在等离子体沉积期间逐步降低负偏压的幅度，形成从金属碳化物层24A至碳层26A的硬度渐增的许多层。因此，硬度渐增的层不必须是如图2所示的离散地形成的层，而是可以由向涂层外围的硬度渐增的层组成。
[0104] 还应当意识到，在某些实施方案中，可以用纯金属层代替金属碳化物层。在另一实施方案中，没有金属碳化物中间层或金属中间层，涂层是纯碳。
[0105] 碳涂层可以由多层基本上不含大粒子、并且取决于在等离子体沉积过程中所施加的偏压而具有不同程度的硬度的碳层组成。参照图3，示出了与图2相同的涂层，其中图2的初级层24A对应于初级层24B，图2的次级层26A对应于次级层26B，并且没有金属层22A。实施例
[0106] 如上文所述，使用FCVA装置，用碳涂层涂覆直径为200μm的WC-Co钻头。碳涂层由两组组成，全部碳涂层为约0.1μm的“涂层A”和全部碳涂层为约0.3μm的“涂层B”。
[0107] 碳涂层A和B由第一碳涂层组成，对于涂层A，该第一碳涂层为0.02μm，对于涂层B，该第一碳涂层为0.1μm的碳，在该过程中没有向钻头施加偏压。
[0108] 然后将过滤的碳离子等离子体束施加于金属层以形成初级碳层，对于涂层A，该初级碳层的厚度为0.04μm，对于涂层B，该碳初级层的厚度为0.1μm。在形成初级层期间，将脉冲持续时间为10μs、频率为3kHz的-3600V的脉冲施加于钻头，持续15秒的时间。形成初级碳层后，形成顶部次级碳层，对于涂层A，该顶部次级碳层的厚度为0.04μm，对于涂层B，该顶部次级碳层的厚度为0.1μm。在形成次级层期间，将脉冲持续时间为10μs、频率为3kHz的-150V的偏压施加于钻头，持续15秒。
[0109] 两个涂层的初级碳层的硬度为约15-25GPa，而次级碳层的硬度为约30-40GPa。
[0110] 具有多个具有不同硬度的层的优势在于最外层硬得多，而不那么硬的内层具有降低的应力。这两层共同的组合，加上它们基本上不含大粒子的事实，提供了非常硬但是经受较少应力的切削表面，而且当用作切削工具时，该切削表面表现出降低的切削阻力。
[0111] 进行了涂层A和B的SEM分析，并发现涂层基本上不含大粒子。尽管不可能从涂2
层中完全除去大粒子，涂层A和B这两者中的粒子密度不超过300粒子/mm。
[0112] 对多个钻头涂层进行Raman光谱分析，其中获得了每一样品涂层的峰值强度。发现样品涂层的峰值强度(ID/IG)具有约0.3至约0.5的相对硬的Raman强度值，这表明了相对硬的涂层。
[0113] 然后将涂层A和B的被涂覆的钻头用于在PCB生产中所用类型的总厚度为5mm的一堆玻璃纤维板上钻孔，并且记录在钻头变钝并需要更换前循环的次数。作为对照，将未被涂覆的WC-Co钻头进行相同的钻孔操作，并且记录在这些未被涂覆的钻头需要更换前循环的次数。
[0114] 对涂层A、涂层B以及未被涂覆的钻头，测试了2000个钻头的样品组，并且结果示于下文的表1中。
[0115] 表1
[0116]钻头涂层 平均循环寿命
未被涂覆的钻头(对照实施例) 1983
涂层A(0.1μm) 8961
涂层B(0.3μm) 7569
[0117] 因此，从数据中可见，与未被涂覆的WC-Co钻头相比，涂覆了碳的钻头表现出几乎增加了4倍的循环寿命。因此，应当理解，碳涂层显著地增加了PCB生产中钻头的循环寿命。
[0118] 等离子体沉积的涂层还表现出对钻头极好的粘附，从而与已知的涂层方法相比，这增加了钻头的循环寿命。
[0119] 还相信，由于钻头上的碳涂层基本上不含大粒子，钻头表现出比具有更高的大粒子密度的碳涂层更低的切削阻力，这被认为显著地增加了钻头的寿命循环。而且，所公开的在不同的负偏压下沉积的碳层的增加的组合表明，相对于彼此，内部的碳涂层具有降低的应力而外部的碳层具有增加的硬度。这表明，由于涂层基本上不含大粒子的事实，涂层总体上具有高硬度、降低的应力并在用作切削工具时表现出降低的切削阻力。因此，通过显著地增加切削工具的寿命循环，公开的涂层克服了，或者至少改进了，前述现有技术的某些公开的缺点。
[0120] 因此，公开的碳涂层克服了与诸如钻头的这些切削装置的高磨损速率有关的问题。
[0121] 很明显，在阅读前述公开后，对本发明进行各种其它修饰和改变而不偏离本发明的精神和范围对于本领域的技术人员将是显而易见的。例如，尽管公开的钻头、它们的制造方法以及它们的用途具体地用于PCB生产，但是应当理解，钻头的涂层能够用于诸如圬工钻头的其它应用中。因此，旨在将所有这样的修饰和改变包括在所附的权利要求书的范围内。
