專利名稱：非晶納米金剛石涂膜及成膜新工藝的制作方法
非晶納米金剛石涂膜及成膠新工藝
非晶納米金剛石涂膜技術(shù)屬納米技術(shù)、表而丁程技術(shù)領(lǐng)域，足在Y事和商科技領(lǐng)域A有 很高的使用價值的新材料、新技術(shù)、新方法、新丁.藝的發(fā)明專利,，
自從1970年世界上第一次用低溫氣相沉積方法沉積生成金剛石膜以來，經(jīng)過將近40年， 32個國家的不懈努力研究，創(chuàng)建了十七種金剛石氣相沉積方法，但這些方法都是以石墨或碳 氣化形成金剛石單晶再沉積成膜的，設(shè)備昂貴，技術(shù)復(fù)雜，沉積而積小，形狀簡單，形成時 間長，成本高，故不能大范圍推廣應(yīng)用。
本專利是先將石墨加工成納米金剛石微粉，再用人功率^溫等離了-納米粉成套噴涂裝置 噴涂成膜。所用非晶納米金剛石微粉是人工高溫、高壓合成的，顏色為淺灰色到黑色，在40 萬倍電子顯微鏡下觀測為立方晶系，在x光衍射儀下粒徑在2—8nm的占67.8%， 8—16nm 的占24%， 16—50nm的占8%，比表面為280—420加2/克，比重3.2—3.48 ，莫氏礦物硬 度為10級，顯微硬度70—100Gpa,摩擦系數(shù)0.08—0.1 ，導(dǎo)熱率(在室溫F)為SOWXcm.K)-1, 電阻率10160鋪，擊穿電壓3.5X106Vcm-'，介電常數(shù)5.5，線膨脹系數(shù)1.1X10"VC ，透 光率225nm—遠紅外，光吸收0.22 ，禁帶寬度5.45eV，熔點4000°C 。

發(fā)明內(nèi)容
1) 非晶納米金剛石隱形涂膜
該隱形涂膜適用于隱形導(dǎo)彈、導(dǎo)彈雷達罩、隱形飛機、隱形衛(wèi)星、隱形戰(zhàn)艦、隱形坦克、
隱形裝甲車、單兵隱形槍械頭盔等。非晶納米金剛石隱形涂膜對雷達波(l一300mm波長)最大 反射率<1% ，所以雷達接收不到反回信號，從而達到隱形目的。非晶納米金剛石隱形涂膜的 隱形原理，是依靠小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、從而達到吸收雷達波作用的。
2) 非晶納米金剛石耐高溫涂膜
非晶納米金剛石涂膜熔點400(TC ，可用在火箭發(fā)動機燃燒室、噴氣發(fā)動機渦輪扇葉、航 天機耐高溫防護涂層、核反應(yīng)堆容器、核電輕水堆燃料棒包殼管涂層材料、核聚變環(huán)形磁密 封容器及磁密閉氘氚聚變真空容器、高能粒子加速器粒子撞擊材料、粒子進入非晶納米金剛 石涂膜所產(chǎn)生的電荷，可以準(zhǔn)確計數(shù)測算其強度。
3) 非晶納米金剛石耐低溫涂膜
非晶納米金剛石涂膜有極強的化學(xué)穩(wěn)定性、極低的線膨脹系數(shù)、在極低溫(-270'C)條件下， 也能不開裂、不變形、不泄漏?？捎迷诨鸺?dǎo)彈的液氫、液氧燃料低溫容器，在核聚變中 氖氚冷凍小球冷藏的低溫容器等。
4) 非晶納米金剛石防彈(防燃、防激光)涂膜板 非晶納米金剛石涂膜具有硬度大，熔點高的特性， 一般彈頭很難穿透，可做坦克防彈板、
裝甲車防彈板、飛機防彈板、民航機駕駛室防劫機防彈板、油箱防彈板、高級驕車防彈板、 單兵個人防彈頭盔及防彈涂層服裝。除了防彈外，由于熔點高，還能防燃燒彈，防激光熔穿。
5) 非晶納米金剛石減摩潤滑涂膜層 非晶納米金剛石涂膜的摩擦系數(shù)很小，硬度很大，耐高溫，耐低溫，抗幅射，坑真空，抗
水淋，抗砂屑，所以非晶納米金剛石涂膜可做干摩擦軸承，不需要任何潤滑袖脂，在極惡劣 的條件下，都能有很好的潤滑作用。以非晶納米金剛石微粉做極壓劑的潤滑油脂，潤滑效果 極佳，還可以產(chǎn)生二次滾動潤滑現(xiàn)象。
6) 非晶納米金剛石耐腐蝕涂膜
非晶納米金剛石涂膜具有極強的化學(xué)穩(wěn)定性，在高溫、低溫、高壓，真空條件下都能耐各 種強酸、強堿、潮霉、鹽霧等各種氧化腐蝕，在各種管道、閥門、各種容器、塔、罐、釜中， 在石油、化工、食品、生物領(lǐng)域廣泛使用。
37) 非晶納米金剛石涂膜可以做內(nèi)燃陶瓷發(fā)動機的汽缸陶瓷涂膜
非晶納米金剛石涂膜做內(nèi)燃陶瓷發(fā)動機汔缸涂膜，在ioocrc ^溫時，不影響缸內(nèi)潤滑，不 會產(chǎn)生粘連，可以大幅度提高汽缸的壓縮比，從而提高缸內(nèi)燃料燃燒溫度，燈終達到提高燃 料燃燒利用率的目的。所有內(nèi)燃機的改進將節(jié)約巨大的燃料資源。
8) 非晶納米金剛石涂膜可做金剛石場發(fā)射薄膜顯示器
非晶納米金剛石涂膜場發(fā)射薄膜顯示器是利用非晶納米金剛石涂膠在小于6V的操作電壓下，
陰極即可與陽極產(chǎn)生場效應(yīng)而發(fā)射電子束到螢光屏上形成相素，H前只冇少數(shù)數(shù)國家在開發(fā) 研究，都尚未成功。該材料的應(yīng)用，看到了這種顯示器成功的希望。
9) 非晶納米金剛石涂膜可做電磁發(fā)(彈)射器(電磁炮)的導(dǎo)軌炮管保護層
電磁發(fā)射器俗稱電磁炮，是靠電磁力將"炮彈"發(fā)射出去的新式武器，它的原理像直
線電機一樣，io多米長的兩根平行銅導(dǎo)軌就像定子，橄欖核大小的球形彈丸就像轉(zhuǎn)子，通電 后轉(zhuǎn)子在電磁力作用下被迅速彈出，出膛速度7馬赫，發(fā)射6分鐘后到達400公里外目標(biāo)為 5馬赫，橄欖核大小的彈丸能擊穿20毫米厚的鋼板，與火藥式武器相比有非常多的優(yōu)點，但 自在實驗室出現(xiàn)后，經(jīng)幾十年研究未能達到使用階段，原因是解決不了導(dǎo)軌炮管內(nèi)絕緣保護 材料摩擦壽命問題，急需一種有極好的絕緣性，又有極穩(wěn)定的熱膨脹性，對連續(xù)發(fā)射ioo— 500次，能耐高速摩擦產(chǎn)生的1000—200(TC高溫下的摩損，不產(chǎn)生變形、軟化、開裂、粘連 而仍能保持非常好的絕緣潤滑性能，這些性能要求，非晶納米金剛石涂膜都能滿足，因此這 種材料是電磁發(fā)射器導(dǎo)軌炮管保護材料的首選，使電磁炮的實際應(yīng)用看到了希望，最近，這 一彈射器又被利用在新型航母飛機起飛的電磁彈射裝置上，所以它必將成為21世紀的主要軍 事裝備。
10)非晶納米金剛石顆粒是利用大功率、高溫、納米粉等離子成套噴涂設(shè)備噴涂成膜的， 該設(shè)備輸出功率為50KW，輸出電流為500A，以N2+H2或Ar+H2為介質(zhì)氣，等離子束溫度高 達800(TC，如改變介質(zhì)氣，再用外加磁場使等離子束聚焦，可提升溫度達1500(TC，該成套 設(shè)備包括納米粉懸浮器、內(nèi)外徑噴頭，是專供陶瓷粉噴涂使用的，成膜厚度可控制在50ntn— 1 mm，此工藝主要應(yīng)用在光、電方面。還有以無機硅為粘接成膜劑，無氣噴涂后焙燒成琉璃 釉狀涂層，主要應(yīng)用在防彈板、耐摩潤滑涂層、耐腐蝕涂層方面，涂層厚度一般在lmm左右。
權(quán)利要求
凡使用大功率、高溫、納米粉等離子噴涂法或常溫噴涂后焙燒成琉璃釉狀涂層法，將非晶納米金剛石顆粒加工成隱形涂層或?qū)椑走_罩、做耐高溫涂層、耐低溫涂層、防彈(防燃)涂層板、耐腐蝕涂層、耐磨損潤滑涂層、做內(nèi)燃發(fā)動機陶瓷汽缸涂層、用做納米金剛石薄膜場發(fā)射顯示器、做電磁發(fā)射(彈射)器導(dǎo)軌炮管內(nèi)絕緣，耐高溫，潤滑保護涂層的10類應(yīng)用都是非晶納米金剛石涂膜的廣泛用途。
全文摘要
非晶納米金剛石涂膜及成膜新工藝屬納米技術(shù)及表面工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明是先用石墨制成金剛石納米顆粒，由于“小尺寸效應(yīng)”，“表面效應(yīng)”使其熔點大大降低，因而才能用等離子束熱熔法噴涂成純金剛石膜。金剛石納米顆粒還可以用硅、一氧化銅、樹脂、油脂做膠結(jié)劑噴涂成膜(層)，經(jīng)自然固化、低溫固化、燒結(jié)固化、固化劑固化形成金剛石非導(dǎo)體膜、金屬膜、樹脂膜、油膜；金剛石納米顆粒還可以摻對補強劑，形成復(fù)合金剛石膜，用以增強性能，擴大使用范圍。金剛石膜具有耐極高、低溫、吸波隱形、防彈破甲、防燃、防腐、潤滑耐磨等優(yōu)良性能，在軍事、高科技、航空航天、航海、石油化工、機械、冶金、光學(xué)、電學(xué)、生物、醫(yī)藥、人造寶石都有廣泛的用途。
文檔編號C23C4/04GK101492800SQ200810104858
公開日2009年7月29日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月24日
發(fā)明者劉心雨 申請人:劉心雨