[發明專利]金剛石膜的拋光方法

無效

• 申請號: 200710053047.4
• 申請日: 2007-08-28
• 公開（公告）號: CN101112747A
• 公開（公告）日: 2008-01-30
• 發明（設計）人: 王傳新;汪建華
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司
• 代理人: 唐萬榮

技術領域

本發明屬超硬材料加工領域，具體涉及一種金剛石膜的拋光方法。

背景技術

采用化學氣相沉積方法在非金剛石襯底上沉積的金剛石膜具有天然金剛石的基本性質，如高的硬度和耐磨性、良好的導熱性、絕緣性、光學特性、聲學特性以及化學穩定等，作為一種獨特的集眾多優異性能于一身的材料，在許多領域具有巨大的應用前景。但化學氣相沉積方法制備的金剛石膜為多晶膜，且金剛石膜生長面的粗糙度隨膜的厚度的增加而增大，在許多情況下不能直接使用。因而金剛石膜的平整拋光是必不可少的重要工藝步驟。由于金剛石膜化學惰性大、硬度高，金剛石膜的拋光技術已成為擴大金剛石膜應用的關鍵性技術之一。

目前，國內外廣泛開展的拋光方法的研究有機械拋光、熱化學拋光、離子束拋光、化學機械拋光、等離子拋光、激光拋光等方法，萬靜等(現代技術陶瓷，2003，24(1)：31～34)對這些方法的優點與不足進行評述。上述幾種拋光方法都存在著1條或多條缺點，例如：激光拋光方法可以使粗糙度達到0.05μm級別，但會形成石墨或類金剛石碳層；離子束拋光方法可使粗糙度達到0.005μm級別，但由于離子束的不均勻而造成表面粗糙度的不均勻；等離子拋光方法在均勻性方面也有待提高，并且易在表面晶界上形成殘留物污染；機械拋光是比較傳統的拋光方法，通常效率較低，可使粗糙度達到0.2μm，但會引起表面結構的變形；熱化學拋光方法可以提供表面粗糙度小的表面，但由于配合使用了金屬表面及兩界面摩擦生熱，從而造成表面不均勻性，以及類金剛石成分層和晶界上金屬殘留物污染。

此外，還有許多專利技術也提出一些拋光新技術，如US.Patent?5674107、US.Patent5725413等，都還或多或少地存在一些問題。

因此，目前存在很多對金剛石膜進行拋光的方法，但是由于拋光所達到的粗糙度和平整度，以及成本等因素使得各方法都不盡理想。

發明內容

本發明的目的在于提供一種粗糙度理想、拋光效率高的金剛石膜的拋光方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：金剛石膜的拋光方法，其特征在于它包括如下步驟：

1)、首先在金剛石膜表面鍍涂能夠與碳形成強碳化物的純金屬或合金，得到表面鍍涂有純金屬或合金的金剛石膜，鍍涂層厚度為μm～1mm，鍍涂(鍍覆、涂覆)的方法采用下述之一：(1)物理氣相沉積，(2)化學鍍，(3)粉末涂敷方法；

2)、將表面鍍涂有純金屬或合金的金剛石膜在真空爐中加熱，真空度10^-1～10^-4Pa，加熱溫度大于800℃，時間5～30分鐘，在表面形成碳化物層，碳化物層厚度為0.05～0.5μm；

3)、在機械拋光機上，采用硬度比金剛石低的SiC或Al₂O₃作為磨料，對步驟2)所得的金剛石膜進行拋光，時間5～30分鐘，除去金剛石膜表面晶粒尖端凸出部的碳化物層；

4)、用丙酮溶劑超聲波清洗機械拋光后的金剛石膜，干燥，然后采用氧等離子體處理3～10分鐘，對金剛石膜表面晶粒凸出部位因拋光而暴露的金剛石進行刻蝕；然后，將金剛石膜用丙酮溶劑進行超聲波清洗，除去附在表層的在氧等離子體刻蝕過程中形成的少量松散的氧化物；

5)、重復步驟1)～4)過程1～30次，重復步驟中氧等離子體刻蝕時間隨金剛石膜表面粗糙度降低，逐漸減少；直到金剛石膜表面粗糙度和平整度達到設計要求(粗糙度為0.1μm，平整度小于150nm)。

所述步驟1)在采用物理氣相沉積時，可以將金剛石膜預先加熱到300～500℃，有利于純金屬或合金的均勻涂敷。

所述的純金屬為Ti、W、Cr、Ta、Nb、Hf或Mo等。

所述的合金為Ti、W、Cr、Ta、Nb、Hf或Mo等與熔點較低的純金屬形成的合金。

所述的物理氣相沉積為蒸發鍍、磁控濺射或電子束蒸發。

所述的采用氧等離子體處理時，使用氣體可以是純氧，也可以是含氧的混合氣體，使用的氧等離子體是低溫等離子體。

本發明的優點主要在于：