[發明專利]一種手術刀用金剛石薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 202110226951.0
• 申請日: 2021-03-02
• 公開（公告）號: CN112593204B
• 公開（公告）日: 2021-05-04
• 發明（設計）人: 肖瑤;李嘉榮;龔連生;劉詩晴;歐陽錫武
• 申請（專利權）人: 中南大學湘雅醫院
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/56
• 代理公司: 長沙智勤知識產權代理事務所(普通合伙) 43254
• 代理人: 曾芳琴

一種手術刀用金剛石薄膜及其制備方法，采用熱絲化學氣相沉積工藝在手術刀具襯底表面制備金剛石薄膜，在CVD沉積過程中通入氫氣可以刻蝕并抑制石墨相的生成，然后將金剛石薄膜置于氫氣氣氛下進行退火處理，并深入探究了氫氣流量和基體溫度對金剛石薄膜中石墨相含量的影響。另外，發明人還發現在特定條件下進行分段退火可以進一步降低薄膜中的石墨含量，獲得質量更高的金剛石薄膜。

技術領域

本發明涉及金剛石薄膜領域，具體涉及一種手術刀用金剛石薄膜及其制備方法。

背景技術

手術刀具是外科手術中不可缺少的重要工具，為了提高純金屬或合金手術刀具的硬度及耐腐蝕性能，通常需要在刀具表面鍍覆一層改性薄膜。金剛石是相對硬度最高的材料，其維氏硬度可達100 GPa，并且，人造金剛石薄膜的硬度也已基本達到了天然金剛石的硬度，高硬度的手術刀具可以減輕手術時病人的痛楚，因而，金剛石薄膜現已廣泛應用于手術刀具領域中。

化學氣相沉積是最為常見的金剛石薄膜制備工藝，采用CVD法制備金剛石薄膜時，不可避免地會形成石墨相導致金剛石薄膜的質量下降。對此，通常在含碳氣體中加入氫氣以蝕刻并抑制石墨相的生成，但是，該方法始終難以將石墨含量控制在非常理想的范圍之內。另外，還存在向反應氣體中引入氟、氧、氯等原子以抑制石墨生長的相關文獻。但是，由于氫氣與氟氣、氧氣或氯氣接觸都會迅速發生反應，尤其是氫氣和氟氣接觸甚至可能產生爆炸，這都制約了上述方法的使用。綜上所述，如何降低金剛石薄膜中石墨相的含量是當下急需解決的問題。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明旨在提供一種手術刀用金剛石薄膜，該薄膜大大降低了石墨相的含量，進而提高了金剛石薄膜的質量。

一種手術刀用金剛石薄膜的制備方法，包括以下步驟：

A.以鈦合金為襯底，先后對鈦合金進行脫脂清洗處理、酸洗處理、表面研磨處理、無水乙醇清洗處理并烘干待用；

B.將烘干的襯底放入CVD鍍膜裝置中，采用熱絲CVD法在襯底表面形成金剛石薄膜，成膜時以甲烷和氫氣為反應氣體，熱絲溫度2100-2300℃，熱絲與基體的距離為9-12mm，基體溫度650-800℃，氣體壓力2.5-3.5kPa，甲烷分壓2-3%，氣體總流量100-120sccm，反應時間30-75min；

C.在氫氣氣氛下對金剛石薄膜進行退火，退火時熱絲溫度2100-2300℃，熱絲與基體的距離為9-12mm，氫氣流量80-150sccm，基體溫度650-850℃，退火時間60min。

進一步地，所述脫脂劑是濃度20%的KOH溶液。

進一步地，所述酸洗液是5% HCl和5% HNO₃的混合溶液

進一步地，所述表面研磨處理采用粒徑為0.5μm的金剛石微粉在丙酮懸濁液中配合超聲震蕩進行表面研磨。

進一步地，所述步驟C中氫氣流量為100sccm，基體溫度為800℃。

優選地，經步驟C退火處理后的金剛石薄膜中石墨相的含量下降超過30%。

更優選地，經步驟C退火處理后的金剛石薄膜中石墨相的含量下降超過40%。

本發明還提供了一種手術刀用金剛石薄膜，該金剛石薄膜由上述制備方法制備而得。

本發明采用熱絲化學氣相沉積工藝在手術刀具襯底表面制備金剛石薄膜，在CVD沉積過程中通入氫氣可以刻蝕并抑制石墨相的生成，然后將金剛石薄膜置于氫氣氣氛下進行退火處理，并深入探究了氫氣流量和基體溫度對金剛石薄膜中石墨相含量的影響。另外，發明人還發現在特定條件下進行分段退火可以進一步降低薄膜中的石墨含量，獲得質量更高的金剛石薄膜。

具體實施方式

下面通過具體實施例來驗證本發明的技術效果，但是本發明的實施方式不局限于此。