CVD diamond tools — Categorization

This document deals with diamond tools whose cutting edges are made of CVD diamond, either as a solid single piece or as a coating. The tool specifications are differentiated into CVD diamond-coated tools (CVD diamond thin-film coatings) and tools with a CVD diamond cutting insert. According to ISO 513, CVD diamond tools can be classified under "hard coatings of hard metal and ceramic" and "binder-free polycrystalline diamond". In order to differentiate the CVD diamond tools from tools with monocrystalline synthetic or natural diamond (MCD or monocrystalline diamond) or with sintered diamond with a binder phase (PCD or polycrystalline diamond), the structure and characteristics of MCD and PCD tools with binder phase are also briefly described.

Outils diamant CVD — Catégorisation

Le présent document traite des outils diamant dont les tranchants sont fabriqués en diamant CVD, soit comme une seule pièce, soit comme revêtement. Les spécifications de l'outil sont différenciées entre les outils revêtus de diamant CVD (revêtements à couche mince en diamant CVD) et les outils avec plaquette de coupe en diamant CVD. Selon l'ISO 513, les outils en diamant CVD peuvent être classés sous les catégories "revêtements durs en métaux durs et céramiques" et "diamant polycristallin sans liant". Afin de différencier les outils en diamant CVD des outils en diamant monocristallin synthétique ou naturel (MCD ou diamant monocristallin) ou en diamant fritté à phase liante (PCD ou diamant polycristallin), la structure et les caractéristiques des outils MCD et PCD à phase liante sont également brièvement décrites.

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Publication Date
09-Jan-2019
Current Stage
6060 - International Standard published
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10-Jan-2019
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ISO 22180:2019 - CVD diamond tools -- Categorization
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 22180
First edition
2019-01
CVD diamond tools — Categorization
Outils diamant CVD — Catégorisation
Reference number
ISO 22180:2019(E)
ISO 2019
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ISO 22180:2019(E)
COPYRIGHT PROTECTED DOCUMENT
© ISO 2019

All rights reserved. Unless otherwise specified, or required in the context of its implementation, no part of this publication may

be reproduced or utilized otherwise in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting

on the internet or an intranet, without prior written permission. Permission can be requested from either ISO at the address

below or ISO’s member body in the country of the requester.
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Published in Switzerland
ii © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 22180:2019(E)
Contents Page

Foreword ........................................................................................................................................................................................................................................iv

1 Scope ................................................................................................................................................................................................................................. 1

2 Normative references ...................................................................................................................................................................................... 1

3 Terms and definitions ..................................................................................................................................................................................... 1

4 Classification of CVD diamond tools ................................................................................................................................................. 2

4.1 CVD diamond-coated tools ........................................................................................................................................................... 2

4.2 CVD diamond thick film tools ..................................................................................................................................................... 3

4.3 Classification of CVD diamond tools ..................................................................................................................................... 4

Annex A (informative) Manufacturing processes — Synthesis of CVD diamond ....................................................6

Annex B (informative) CVD diamond coating modifications ....................................................................................................... 7

Annex C (informative) Structure and characteristics of MCD and PCD tools ..............................................................9

Annex D (informative) Manufacture of CVD diamond-coated tools ..................................................................................12

Bibliography .............................................................................................................................................................................................................................16

© ISO 2019 – All rights reserved iii
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ISO 22180:2019(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards

bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out

through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical

committee has been established has the right to be represented on that committee. International

organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.

ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of

electrotechnical standardization.

The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are

described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the

different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the

editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www .iso .org/directives).

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of

patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of

any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or

on the ISO list of patent declarations received (see www .iso .org/patents).

Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not

constitute an endorsement.

For an explanation of the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and

expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the

World Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see www .iso

.org/iso/foreword .html.

This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 29, Small tools, Subcommittee SC 9, Tools

with defined cutting edges, holding tools, cutting items, adaptive items and interfaces.

Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A

complete listing of these bodies can be found at www .iso .org/members .html.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 22180:2019(E)
CVD diamond tools — Categorization
1 Scope

This document deals with diamond tools whose cutting edges are made of CVD diamond, either as a

solid single piece or as a coating. The tool specifications are differentiated into CVD diamond-coated

tools (CVD diamond thin-film coatings) and tools with a CVD diamond cutting insert.

According to ISO 513, CVD diamond tools can be classified under “hard coatings of hard metal and

ceramic” and “binder-free polycrystalline diamond”. In order to differentiate the CVD diamond tools

from tools with monocrystalline synthetic or natural diamond (MCD or monocrystalline diamond)

or with sintered diamond with a binder phase (PCD or polycrystalline diamond), the structure and

characteristics of MCD and PCD tools with binder phase are also briefly described.

2 Normative references
There are no normative references in this document.
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.

ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:

— ISO Online browsing platform: available at https: //www .iso .org/obp
— IEC Electropedia: available at http: //www .electropedia .org/
3.1
active brazing
process of joining diamond to a metallic substrate by means of a brazing alloy

Note 1 to entry: The brazing alloy contains so-called active elements (titanium, for example) which form

unsaturated carbides with the carbon atoms of the diamond and in this way bond the diamond to the braze

material. Brazing of this kind is carried out in a vacuum or in shielding gas atmosphere.

3.2
chemical vapour deposition
CVD

process for manufacturing diamond in most cases at low-pressure and deposition temperatures of

600 °C to 1 000 °C

Note 1 to entry: Polycrystalline, binder-free diamond coatings and even monocrystals can be produced.

3.3
high-pressure high-temperature synthesis
HPHT synthesis

method of manufacturing diamond at a pressure of approximately 6 GPa and temperatures, T, between

1 400 °C and 1 800 °C

Note 1 to entry: It is only possible to manufacture monocrystals by HPHT synthesis.

3.4
monocrystalline diamond
MCD

cutting material made of diamond in natural or synthetic modification [from HPHT synthesis (3.3)]

© ISO 2019 – All rights reserved 1
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ISO 22180:2019(E)
3.5
polycrystalline diamond
PCD

diamond-cutting material which is manufactured by a two-stage high-pressure high-temperature

sintering process [HPHT synthesis (3.3)]

Note 1 to entry: The diamond crystallites which are produced in different crystallite sizes in the first step

(through HPHT synthesis) are sintered into a cobalt matrix in the second step.
3.6
blank

diamond crystallites which are produced in different crystallite sizes in the first step are sintered into

a cobalt matrix in the second step

Note 1 to entry: Due to the conditions of synthesis, the blank is a cylindrical disk with a thickness, s , of 300 µm

to 2 000 µm.
3.7
cutting insert

platelet made of super-hard cutting material which is brazed onto a tool holder (3.9) and is used as a

cutting part
3.8
cemented carbide

substrate material that consists of a hard metal phase and a binder phase for use as CVD (3.2) diamond

coated thin film cutting tools

Note 1 to entry: Monotungsten carbide (WC) as hard metal combined with cobalt (Co) as a binder phase are

commonly referred to as WC-Co. Cemented carbides may also consist of three phases: the Monotungsten carbide

phase (WC) as the alpha phase, the binder phase (Co, Ni, etc.) as the beta phase and any other individual or

combined carbide (TiC, Ta, NbC, etc.) as the gamma-phase.
3.9
tool holder

disposable insert or tool shank of which a corner has been ground away and a super-hard cutting insert

(3.7) brazed on
4 Classification of CVD diamond tools
4.1 CVD diamond-coated tools

Tools made of CVD diamond can be subdivided into two types: CVD diamond coated tools (CVD

diamond thin-film tools) in which a coating with thickness, s , normally between 1 µm and 40 µm is

directly deposited on the tool body, reproducing its shape, and tools with a CVD diamond cutting insert.

Figure 1 shows the structure of a CVD diamond coating. An example of a CVD diamond coated tool is

shown in Figure 2.

The manufacturing process of the synthesis CVD diamond is represented in Annex A.

2 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 22180:2019(E)
Key
1 diamond grain
2 grain boundary
3 CVD diamond film
4 tool substrate
Figure 1 — Structure of CVD diamond coating
Figure 2 — Example of CVD diamond-coated tool
CVD diamond coating modifications are displayed in Annex B.
4.2 CVD diamond thick film tools

CVD diamond thick film tools consist of a self-supporting, polycrystalline diamond layer normally

between 20 µm and 2 000 µm thick, which is deposited and then cut into geometric sections, as shown

in Figure 3. Like PCD, they are then, in a further operation, brazed as cutting inserts onto a tool holder

(Figure 4). The key difference to PCD blanks is that no binder is necessary.
© ISO 2019 – All rights reserved 3
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ISO 22180:2019(E)
Key
1 diamond grains
2 grain boundary
Polished side of substrate.
Figure 3 — Structure of CVD diamond thick film
Structure and characteristics of MCD and PCD tools are represented in Annex C.
Figure 4 — Example of CVD diamond thick film tool

Since 2005, low-pressure synthesis (CVD process) has also been used for synthesizing monocrystalline

CVD diamond (CVD-MCD). This diamond modification has applications in electronics and optics and as

well as in machining technology, as shown in Figure 3.
4.3 Classification of CVD diamond tools
Table 1 shows a common example of classification of CVD diamond tools.

NOTE The use of CVD diamond tools is not limited to the examples given in Table 1.

4 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 22180:2019(E)
Table 1 — Classification of CVD diamond tools
Classification of CVD diamond tools
CVD diamond-coated tools CVD diamond thick film tools
Thickness, s (µm) 1 to 40 20 to 2 000

Substrate material WC-Co cemented carbide with cobalt with a Silicon has established itself as a dispos-

maximum mass fraction of 12 %. Amongst able substrate, and molybdenum as a

ceramic substrates, silicon-based ceramics. reusable substrate. In addition, titanium

or copper alloys are possible substrate
materials.
Carrier material CVD diamond brazable material

Applicable tools Drills, tapping tools and shank cutters, Disposable inserts for turning, drilling

microtools, large-diameter tools, indexable and milling as well as in rotating-shaft

inserts for turning and milling operations, tools
sinusoidal.

Post-treatment The aim of post-treatment is to give the tool As a rule, the high quality requirements

(Final processing) the cutting edge radius required for the cut- can only be satisfied by the mechanical

ting or chip-removal application or to create processes of grinding, lapping and pol-

a friction-minimized surface on the normally ishing as the final processing step.

raw growth side of the diamond film.

For a long time a characteristic feature of these diamond tools included the production with only two-dimensional

cutting-edge geometries. At present they can also be produced with complex or 3-dimensional cutting-edge geometries. An

additional geometric modification of diamond cutting parts can be obtained by laser cutting or, in the case of electrically

conductive CVD diamond, by electrical discharge machining (EDM) in order to create cutting-edge contours or chip

grooves. EDM is made possible by doping with boron during the deposition process.

Manufacture of CVD diamond-coated tools is listed in Annex D.
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ISO 22180:2019(E)
Annex A
(informative)
Manufacturing processes — Synthesis of CVD diamond

CVD techniques allow diamond to be deposited directly onto a series of materials and base geometries.

Particularly in the field of machining, where higher performance and improved cost effectiveness in

processing new, difficult to machine materials are always demanded, a series of CVD diamond tools has

been developed and become commercially available.

Polycrystalline CVD diamond from gas phases is usually manufactured in the low pressure range

between 1 hPa and 100 hPa. Either a plasma or a thermal activation of the gas phase is required.

Processes which are in industrial use for the deposition of CVD diamond thin film are the hot-filament

CVD process and the high-current arc plasma CVD process. For CVD diamond thick film, plasma

processes with microwave or direct current (DC) excitation are typically employed.

In hot-filament CVD diamond deposition (HFCVD) the gas phase is activated by filaments of tungsten,

tantalum or another refractory metal at filament temperatures of approximately 2 000 °C to 2 800 °C.

In plasma-assisted CVD methods (PACVD), microwave plasmas (MW PACVD) or direct-current plasmas

(DC PACVD) are usually employed for gas-phase activation. The gas phase to be activated consists for

the most part of hydrogen plus an admixture of methane or another hydrocarbon as a source of carbon.

This admixture falls within the range of a volume fraction of 0,5 % to 5 %.

Diamond deposition rates depend on the one hand on the activation process the associated CVD

process parameters and on the other hand on the materials and geometries to be coated. In the field of

CVD diamond tools, deposition rates range from values of around 0,3 µm/h up to some 10 µm/h in the

fabrication of CVD diamond thick film by plasma-activated methods.

Electrical conductivity – and thus the electrical discharge machining of CVD diamonds – can be achieved

by doping: boron is incorporated during diamond deposition. Doping can have various effects on the

behaviour of CVD diamonds used as a cutting material, however.
6 © ISO 2019 – All rights reserved
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ISO 22180:2019(E)
Annex B
(informative)
CVD diamond coating modifications

As a way of improving performance of CVD diamond coatings, according to VDI 2840, CVD coating

technology offers the possibility of various diamond coating modifications. The different modifications

have differing material properties and can, as such, determine the properties of the cutting tool. Free-

standing CVD diamond thick-film has microcrystalline film morphology whereas CVD diamond thin-

film systems are classified into microcrystalline, nanocrystalline and multilayer systems.

Microcrystalline films have grains with a columnar structure, having fewer grain boundaries which

means that the highest CVD diamond thin-film quality and resistance to abrasive wear can be obtained.

Due to the smaller size of the crystallites, nanocrystalline diamond films have a larger number of grain

boundaries (see Figure B.1). Figure B.2 shows the fracture face of a nanocrystalline diamond film. These

coatings are characterized by low surface roughness, good frictional properties and high resistance to

adhesive wear, and are eminently suitable for post-deposition processing. Resistance to cracking is also

improved since the high number of grain boundaries makes it more difficult for cracks to propagate.

Figure B.1 — Cutting edge with CVD diamond coating (example)
Figure B.2 — Carbide substrate and diamond coating (example)

If the process conditions for depositing microcrystalline and nanocrystalline diamond films are

alternated during the coating process a diamond multilayer coating with an almost identical surface

quality as is obtained with pure nanocrystalline diamond films results (see Figure B.3). Adhesion

and cracking resistance is further improved since any cracks which do occur will propagate along the

individual film layers and thus not reach the interface,
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 22180
Première édition
2019-01
Outils diamant CVD — Catégorisation
CVD diamond tools — Categorization
Numéro de référence
ISO 22180:2019(F)
ISO 2019
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ISO 22180:2019(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2019

Tous droits réservés. Sauf prescription différente ou nécessité dans le contexte de sa mise en œuvre, aucune partie de cette

publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,

y compris la photocopie, ou la diffusion sur l’internet ou sur un intranet, sans autorisation écrite préalable. Une autorisation peut

être demandée à l’ISO à l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.

ISO copyright office
Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: +41 22 749 01 11
Fax: +41 22 749 09 47
E-mail: copyright@iso.org
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 22180:2019(F)
Sommaire Page

Avant-propos ..............................................................................................................................................................................................................................iv

1 Domaine d'application ................................................................................................................................................................................... 1

2 Références normatives ................................................................................................................................................................................... 1

3 Termes et définitions ....................................................................................................................................................................................... 1

4 Classification des outils diamant CVD ............................................................................................................................................ 2

4.1 Outils à revêtement en diamant CVD ................................................................................................................................... 2

4.2 Outils à couche épaisse en diamant CVD .......................................................................................................................... 3

4.3 Classification des outils diamant CVD ................................................................................................................................. 4

Annexe A (informative) Procédés de fabrication – Synthèse du diamant CVD .........................................................6

Annexe B (informative) Modifications du revêtement en diamant CVD ..........................................................................7

Annexe C (informative) Structure et caractéristiques des outils MCD et PCD ...........................................................9

Annexe D (informative) Fabrication d'outils à revêtement en diamant CVD...........................................................12

Bibliographie ...........................................................................................................................................................................................................................16

© ISO 2019 – Tous droits réservés iii
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ISO 22180:2019(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes

nationaux de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est

en général confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude

a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,

gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux.

L'ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui

concerne la normalisation électrotechnique.

Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont

décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents

critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été

rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www

.iso .org/directives).

L'attention est attirée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable

de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant

les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de

l'élaboration du document sont indiqués dans l'Introduction et/ou dans la liste des déclarations de

brevets reçues par l'ISO (voir www .iso .org/brevets).

Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données

pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un

engagement.

Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions

spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion

de l'ISO aux principes de l’Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles

techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: www .iso .org/iso/fr/avant -propos .html.

Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 29, Petit outillage, sous-comité SC 9,

Outils à arêtes de coupe définies, éléments coupants, porte-outils, éléments relatifs aux attachements et

interfaces.

Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent

document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes

se trouve à l’adresse www .iso .org/fr/members .html.
iv © ISO 2019 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 22180:2019(F)
Outils diamant CVD — Catégorisation
1 Domaine d'application

Le présent document traite des outils diamant dont les tranchants sont fabriqués en diamant CVD, soit

comme une seule pièce, soit comme revêtement. Les spécifications de l'outil sont différenciées entre

les outils revêtus de diamant CVD (revêtements à couche mince en diamant CVD) et les outils avec

plaquette de coupe en diamant CVD.

Selon l'ISO 513, les outils en diamant CVD peuvent être classés sous les catégories "revêtements durs

en métaux durs et céramiques" et "diamant polycristallin sans liant". Afin de différencier les outils

en diamant CVD des outils en diamant monocristallin synthétique ou naturel (MCD ou diamant

monocristallin) ou en diamant fritté à phase liante (PCD ou diamant polycristallin), la structure et les

caractéristiques des outils MCD et PCD à phase liante sont également brièvement décrites.

2 Références normatives
Le présent document ne contient aucune référence normative.
3 Termes et définitions

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.

L’ISO et l’IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en

normalisation, consultables aux adresses suivantes:

— ISO Online browsing platform: disponible à l’adresse https: //www .iso .org/obp

— IEC Electropedia: disponible à l’adresse http: //www .electropedia .org/
3.1
brasage actif

procédé d'assemblage du diamant à un substrat métallique au moyen d'un alliage de brasage

Note 1 à l'article: L'alliage de brasage contient des éléments dits actifs (par exemple, le titane) qui forment des

carbures insaturés avec les atomes de carbone du diamant et lient ainsi le diamant au matériau de brasage.

Le brasage de ce type s'effectue sous vide ou en atmosphère gazeuse.
3.2
dépôt chimique en phase vapeur
CVD

procédé de fabrication du diamant dans la plupart des cas à basse pression et à des températures de

dépôt de 600 °C à 1000 °C

Note 1 à l'article: Des revêtements en diamant polycristallin sans liant et même des monocristaux peuvent être

produits.
3.3
synthèse haute pression haute température
synthèse HPHT

procédé de fabrication du diamant à une pression d'environ 6 GPa et des températures T comprises

entre 1 400 °C et 1 800 °C

Note 1 à l'article: Il n'est possible de fabriquer des monocristaux que par synthèse HPHT.

© ISO 2019 – Tous droits réservés 1
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ISO 22180:2019(F)
3.4
diamant monocristallin
MCD

diamant modifié de manière naturelle ou synthétique [à partir d’une synthèse HPHT (3.3)] utilisé comme

matériau de coupe
3.5
diamant polycristallin
PCD

matériau de coupe en diamant fabriqué par un procédé de frittage à haute pression et haute température

en deux étapes [synthèse HPHT (3.3)]

Note 1 à l'article: Les cristallites de diamant qui sont produites dans différentes tailles de cristallite à la première

étape (par synthèse HPHT) sont frittées dans une matrice de cobalt lors de la deuxième étape.

3.6
pièce

cristallites de diamant produites dans différentes tailles de cristallite à la première étape frittées dans

une matrice de cobalt lors de la deuxième étape.

Note 1 à l'article: En raison des conditions de synthèse, la pièce est un disque cylindrique d'une épaisseur s de

300 µm à 2 000 µm.
3.7
plaquette de coupe

plaquette en matériau de coupe ultra-dur, brasée sur un porte-outil (3.9) et utilisée comme partie

coupante
3.8
carbure cémenté

matériau de substrat qui se compose d'une phase de métal dur et d'une phase liante pour l'utilisation

comme outils coupants en couche mince recouverts de diamant CVD (3.2)

Note 1 à l'article: Le carbure de monotungstène (WC) comme métal dur combiné avec du cobalt (Co) comme

phase liante sont communément appelés WC-Co. Les carbures cémentés peuvent également se composer de trois

phases: la phase carbure de monotungstène (WC) comme phase alpha, la phase liante (Co, Ni, etc.) comme phase

bêta et tout autre carbure individuel ou combiné (TiC, Ta, NbC, etc.) comme phase gamma.

3.9
porte-outils

plaquette jetable ou queue d'outil dont un coin a été rectifié et une plaquette de coupe (3.7) ultra-dure a

été brasée
4 Classification des outils diamant CVD
4.1 Outils à revêtement en diamant CVD

Les outils fabriqués en diamant CVD peuvent être subdivisés en deux types: les outils à revêtement en

diamant CVD (outils à couche mince en diamant CVD) dans lesquels un revêtement avec une épaisseur s

normalement comprise entre 1 µm et 40 µm est déposé directement sur le corps de l'outil, reproduisant

sa forme, et les outils avec une plaquette de coupe en diamant CVD. La Figure 1 illustre la structure d'un

revêtement en diamant CVD. Un exemple d'outil à revêtement en diamant CVD est illustré à la Figure 2.

Le procédé de fabrication du diamant de synthèse CVD est représenté à l'Annexe A.

2 © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 22180:2019(F)
Légende
1 grain de diamant
2 joint de grain
3 couche de diamant CVD
4 substrat de l'outil
Figure 1 — Structure du revêtement en diamant CVD
Figure 2 — Exemple d'un outil à revêtement en diamant CVD

Des exemples de modifications du revêtement en diamant CVD sont présentés à l'Annexe B.

4.2 Outils à couche épaisse en diamant CVD

Les outils à couche épaisse en diamant CVD sont constitués d'une couche de diamant polycristallin

autoportante normalement comprise entre 20 µm et 2 000 µm qui est déposée puis découpée en

sections géométriques, comme indiqué à la Figure 3. Comme le PCD, ils sont ensuite brasés en tant que

plaquettes de coupe sur un porte-outil (Figure 4). La principale différence par rapport aux pièces PCD

est qu'aucun liant n'est nécessaire.
© ISO 2019 – Tous droits réservés 3
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ISO 22180:2019(F)
Légende
1 grain de diamant
2 joints de grain
Côté poli du substrat
Figure 3 — Structure d'une couche épaisse en diamant CVD

La structure et les caractéristiques des outils MCD et PCD sont données à l'Annexe C.

Figure 4 — Exemple d'outil à couche épaisse en diamant CVD

Depuis 2005, la synthèse basse pression (procédé CVD) est également utilisée pour la synthèse de

diamant monocristallin CVD (CVD-MCD). Cette modification du diamant a des applications dans

l'électronique et l'optique ainsi que dans la technologie d'usinage, comme le montre la Figure 3.

4.3 Classification des outils diamant CVD
Le Tableau 1 montre un exemple courant de classification des outils diamant CVD.

NOTE L'utilisation des outils diamant CVD n'est pas limitée aux exemples donnés au Tableau 1.

4 © ISO 2019 – Tous droits réservés
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ISO 22180:2019(F)
Tableau 1 — Classification des outils diamantés CVD
Classification des outils diamant CVD
Outils diamant CVD Outils à couche épaisse en diamant CVD
Épaisseur, s (µm) 1 à 40 20 à 2 000

Matériau du substrat Carbure cémenté WC-Co avec du cobalt Le silicium s'est imposé comme substrat jetable

ayant une fraction massique maximale et le molybdène comme substrat réutilisable.

de 12 %. Parmi les substrats céra- En outre, le titane ou les alliages de cuivre sont

miques, la céramique à base de silicium des matériaux de substrat possibles.
Matériau de support Matériau à braser en diamant CVD

Outils applicables Forets, outils de taraudage et fraises, Plaquettes jetables pour tournage, perçage

micro-outils, outils de grand diamètre, et fraisage ainsi que dans les outils à arbre

plaquettes amovibles pour tournage et tournant.
fraisage, sinusoïdales.

Post-traitement Le but du post-traitement est de donner En règle générale, les exigences de qualité éle-

(Traitement final) à l'outil le rayon de l’arête de coupe vées ne peuvent être satisfaites que par les pro-

requis pour la coupe ou l'enlèvement cédés mécaniques de rectification, de rodage et

des copeaux ou de créer une surface de polissage comme étape finale de l'usinage
minimisée par frottement sur le côté de
la croissance brut du film du diamant.

Pendant longtemps, ces outils diamants se caractérisaient par une production avec seulement des géométries de pointe

bidimensionnelles. Aujourd'hui, ils peuvent également être réalisés avec des géométries complexes ou tridimensionnelles

de pointe. Une modification géométrique supplémentaire des parties coupantes en diamant peut être obtenue par découpe

au laser ou, dans le cas d'un diamant en CVD électriquement conducteur, par électroérosion (EDM) afin de créer des

contours ou des rainures de pointe. L'EDM est rendu possible par le dopage au bore lors du dépôt.

La fabrication d'outils à revêtement en diamant CVD est donnée à l'Annexe D.
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Annexe A
(informative)
Procédés de fabrication – Synthèse du diamant CVD

Les techniques CVD permettent de déposer le diamant directement sur une série de matériaux et de

géométries de base. En particulier dans le domaine de l'usinage, où des performances plus élevées et

un meilleur rapport coût-efficacité dans le traitement de nouveaux matériaux difficiles à usiner sont

toujours exigés, une série d'outils en diamant CVD a été développée et est disponible sur le marché.

Le diamant CVD polycristallin provenant de phases gazeuses est généralement fabriqué dans la plage

de basse pression comprise entre 1 hPa et 100 hPa. Un plasma ou une activation thermique de la phase

gazeuse est nécessaire. Les procédés utilisés dans l'industrie pour le dépôt de couches minces de

diamant CVD sont le procédé CVD à filament chaud et le procédé CVD par plasma à courant élevé. Pour

les films de diamant CVD, on utilise généralement des procédés plasma avec excitation par micro-ondes

ou par courant continu.

Pour le dépôt de diamant CVD à filament chaud (HFCVD), la phase gazeuse est activée par des filaments

de tungstène, de tantale ou d'un autre métal réfractaire à des températures de filaments d'environ

2 000 °C à 2 800 °C. Pour les méthodes CVD assistées par plasma (PACVD), les plasmas hyperfréquences

(MW PACVD) ou les plasmas à courant continu (DC PACVD) sont généralement utilisés pour l'activation

en phase gazeuse. La phase gazeuse à activer comprend généralement de l’hydrogène plus un mélange

de méthane ou d'un autre hydrocarbure comme source de carbone. Cet adjuvant se situe dans la plage

de fraction volumique de 0,5 à 5 %.

Les taux de dépôt de diamant dépendent d'une part du procédé d'activation des paramètres de

procédé CVD associés et d'autre part des matériaux et géométries à revêtir. Dans le domaine des outils

en diamant CVD, les taux de dépôt varient entre 0,3 µm/h et 10 µm/h environ pour la fabrication de

couches épaisses de diamant CVD par des méthodes activées par plasma.

La conductivité électrique - et donc l'usinage par électroérosion des diamants CVD - peut être obtenue

par dopage: le bore est incorporé lors du dépôt du diamant. Le dopage peut cependant avoir divers

effets sur le comportement des diamants CVD utilisés comme matériau de coupe.
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Annexe B
(informative)
Modifications du revêtement en diamant CVD

Afin d'améliorer les performances des revêtements en diamant CVD, la technologie de revêtement CVD

conforme au VDI 2840 offre la possibilité d'effectuer diverses modifications du revêtement de diamant.

Les différentes modifications ont des propriétés de matériau différentes et peuvent à ce titre déterminer

les propriétés de l'outil coupant. La couche épaisse de diamant CVD autonome a une morphologie de

film microcristallin alors que les systèmes de couche mince de diamant CVD sont classés en systèmes

microcristallins, nanocristallins et multicouches.

Les films microcristallins ont des grains à structure en colonnes, avec moins de joints de grain, ce qui

signifie que la plus haute qualité de couche mince diamant CVD et la résistance à l'usure abrasive peut

être obtenue. En raison de la taille plus petite des cristallites, les films en diamant nanocristallins

ont un plus grand nombre de joints de grains (voir la Figure B.1). La Figure B.2 indique la surface de

rupture d'un film de diamant nanocristallin. Ces revêtements se caractérisent par une faible rugosité

superficielle, de bonnes propriétés de frottement et une grande résistance à l'usure des adhésifs, et

conviennent parfaitement au traitement après le dépôt. La résistance à la fissuration est également

améliorée, car le nombre élevé de joints de grain rend plus difficile la propagation des fissures.

Figure B.1 — Arête de coupe avec revêtement en diamant CVD (exemple)
Figure B.2 — Substrat de carbure et revêtement de diamant (exemple)

Si les conditions du procédé de dépôt des films de diamant microcristallin et nanocristallin sont

alternées pendant le procédé de revêtement, on obtient un revêtement multicouche de diamant avec

une qualité de surface presque identique à celle obtenue avec des films de diamant nanocristallin pur

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(voir la Figure B.3). L’adhérence et la résistance à la fissuration est encore améliorée car les fissures qui

se produisent se propagent le long
...

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