[發(fā)明專(zhuān)利]一種金剛石涂層的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810310823.2
• 申請(qǐng)日: 2018-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108411278A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳乃超;陳英超;劉木森;李成;艾俊
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海電力學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): C23C16/27
• 分類(lèi)號(hào): C23C16/27;C23C16/44
• 代理公司: 上海申匯專(zhuān)利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發(fā)明提供了一種金剛石涂層的制備方法，包括一個(gè)對(duì)基體表面進(jìn)行預(yù)處理的步驟；將基體放置在CVD實(shí)驗(yàn)臺(tái)反應(yīng)臺(tái)上，將需要嵌入的質(zhì)地較軟的固體顆粒放置在基體表面上，固體顆粒均勻分布在基體表面；所述的固體顆粒材料的硬度低于基體材料的硬度；一個(gè)制備金剛石涂層的步驟，設(shè)置CVD金剛石涂層的制備參數(shù)，在含有納米固體顆粒的基體表面上制備出金剛石涂層，所述的金剛石涂層的厚度超過(guò)放置在基體表面納米固體顆粒的厚度。本發(fā)明利用放置在基體表面的質(zhì)地較軟的納米固體顆粒吸收外界作用于金剛石涂層的沖擊應(yīng)力，降低外界沖擊力對(duì)超硬金剛石涂層的破壞，保持金剛石涂層的完整性，避免涂層出現(xiàn)脫落，提高了涂層的韌性，從而提升了涂層整體品質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于化工領(lǐng)域，涉及一種金剛石涂層，具體來(lái)說(shuō)是一種涂層嵌入納米固體顆粒的新型金剛石涂層的方法。

背景技術(shù)

金剛石涂層是21世紀(jì)的一種新型功能材料，具有高強(qiáng)度、高摩擦磨損性能、高熱導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性,有廣泛的應(yīng)用前景。目前，公認(rèn)的金剛石涂層沉積方法主要為化學(xué)氣相沉積法（CVD）。而化學(xué)氣相沉積法中，熱絲化學(xué)沉積法（HFCVD）具有涂層生長(zhǎng)速度快、操作方便、成本低等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外制備金剛石涂層的主要方法。對(duì)于超硬金剛石涂層而言，涂層韌性不足，導(dǎo)致涂層與基體容易脫落是其技術(shù)的主要瓶頸，限制了金剛石涂層的應(yīng)用空間。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種金剛石涂層的制備方法，所述的這種金剛石涂層的制備方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中的超硬金剛石涂層韌性不足、涂層與基體容易脫落的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種金剛石涂層的制備方法，包括如下步驟：

1）一個(gè)對(duì)基體表面進(jìn)行預(yù)處理的步驟；

首先對(duì)基體表面進(jìn)行超聲波處理，將基體依次放入到去離子水、乙醇和丙酮溶液中超聲清洗5~15分鐘，待清洗完成后，將基體烘干；

2）將基體放置在CVD實(shí)驗(yàn)臺(tái)反應(yīng)臺(tái)上，將需要嵌入的質(zhì)地較軟的納米固體顆粒放置在基體表面上，納米固體顆粒均勻分布在基體表面；所述的固體顆粒材料的硬度低于基體材料的硬度；

3）一個(gè)制備金剛石涂層的步驟，設(shè)置CVD金剛石涂層的制備參數(shù)，參數(shù)如下：

形核階段：反應(yīng)壓力-99.7kPa、氫氣流量240sccm、碳源流量100sccm；

生長(zhǎng)階段：生長(zhǎng)MCD涂層時(shí)，反應(yīng)壓力-97.3KPa、氫氣流量240sccm、碳源流量80sccm、氬氣流量150sccm；生長(zhǎng)NCD涂層時(shí)，反應(yīng)壓力-100.1kPa、氫氣流量240sccm、碳源流量90sccm、氬氣流量150sccm；

制備涂層期間，用四根鉭絲作為加熱源，鉭絲之間相互間隔為20cm，鉭絲距基體表面為16cm；形核階段，加熱功率為5800W，時(shí)間為30min；生長(zhǎng)階段，加熱功率為6000W，時(shí)間為6小時(shí)；

在含有納米固體顆粒的基體表面上制備出金剛石涂層，所述的金剛石涂層的厚度超過(guò)放置在基體表面納米固體顆粒的厚度。

進(jìn)一步的，所述的基體的材料為氮化硅。

進(jìn)一步的，所述的納米固體顆粒為納米碳化鎢。

本發(fā)明在化學(xué)氣相沉積法制備生長(zhǎng)金剛石涂層之前，基體上均勻放置質(zhì)地較軟的納米固體顆粒，而后按照原有金剛石涂層制備工藝生長(zhǎng)出金剛石涂層。其中，所放置的納米固體顆粒的硬度小于基體的硬度，同時(shí)保證納米固體顆粒均勻性的放置在基體表面，金剛石涂層厚度大于放置在基體表面上的納米固體顆粒的厚度，保證納米固體顆粒完全被金剛石涂層覆蓋。