將10 XlO mm的Mo基體分別用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗10分鐘后，用高純氮氣吹干。將洗凈的Si基體放入微波等離子體氣相沉積設備中，并抽真空使得腔內氣壓小于IXlO2 Torr，通入氫氣至20 Torr，同時加熱基體至750°C。隨后激發(fā)微波等離子體，并將微波功率固定至1000 W，通入25 sccm的四甲基硅烷，進行立方碳化硅的沉積。沉積25分鐘后，關閉四甲基硅烷，打開穩(wěn)壓直流電源，調節(jié)電壓值至150 V，通過12 sccm的甲烷氣體，開始形核。6分鐘后，調節(jié)電壓值到O V，關閉直流電源。調節(jié)甲烷氣體流量至8 sccm，開始沉積金剛石層。沉積20分鐘后，關閉甲烷氣體。保持上述參數不變，重復立方碳化硅和金剛石層的沉積11次。
[0053]最后關閉微波電源以及甲烷、四甲基硅烷、氫氣等反應氣體，自然冷卻至室溫即可。
[0054]圖5給出了本實施例制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0055]實施例5
將10 XlO mm的WC_6%Co基體分別用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗10分鐘后，用高純氮氣吹干。將洗凈的WC-6%Co基體放入微波等離子體氣相沉積設備中，并抽真空使得腔內氣壓小于IXlO2 Torr，通入氫氣至20 Torr，同時加熱基體至750°C。隨后激發(fā)微波等離子體并將微波功率固定至1000 W，通入25 sccm的四甲基硅烷，進行立方碳化硅的沉積。沉積60分鐘后，關閉四甲基硅烷，打開穩(wěn)壓直流電源，調節(jié)電壓值至120 V，通過8 sccm的甲烷氣體，開始形核。15分鐘后，調節(jié)電壓值到O V，關閉直流電源。調節(jié)甲烷氣體流量至10sccm，開始沉積金剛石層。沉積60分鐘后，關閉甲烷氣體。保持上述參數不變，重復立方碳化硅和金剛石層的沉積各5次。
[0056]最后關閉微波電源以及甲烷、四甲基硅烷、氫氣等反應氣體，自然冷卻至室溫即可。
[0057]圖6給出了本實施例制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0058]實施例6
將10 XlO mm的WC_6%Co基體分別用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗10分鐘后，用高純氮氣吹干。將洗凈的WC-6%Co基體放入微波等離子體氣相沉積設備中，并抽真空使得腔內氣壓小于IXlO2 Torr，通入氫氣至20 Torr，同時加熱基體至750°C。隨后激發(fā)微波等離子體并將微波功率固定至800 W，通入30 sccm的四甲基硅烷，進行立方碳化硅層的沉積。沉積45分鐘后，關閉四甲基硅烷。打開穩(wěn)壓直流電源，調節(jié)電壓值至80 V，通過8 sccm的甲烷氣體開始形核。8分鐘后，調節(jié)電壓值到O V，關閉直流電源。通入四甲基硅烷，流量為5 sccm，并將甲燒氣體流量從8sccm調節(jié)至2 sccm，開始沉積“磚-墻”式金剛石/立方碳化硅復合層。沉積30分鐘后，關閉甲烷和四甲基硅烷氣體。保持上述參數不變，重復偏壓輔助的金剛石形核步驟，然后再重復“磚-墻”式金剛石/立方碳化硅生長步驟各3次。
[0059]最后關閉微波電源以及甲烷、四甲基硅烷、氫氣等反應氣體，自然冷卻至室溫即可。
[0060]圖7給出了本實施例制備的“磚-墻“式金剛石/立方碳化硅復合結構的膜斷面SEM圖一。圖8給出了本實施例制備的“磚-墻“式金剛石/立方碳化硅復合結構的膜斷面SEM圖二。圖9給出了本實施例制備的“磚-墻“式金剛石/立方碳化硅復合結構的膜正面SEM 圖。
[0061]上述實施例為本發(fā)明在硅和WC-Co基體表面較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
[0062]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發(fā)明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種金剛石/碳化硅三維復合結構的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將基體清洗干燥后，得到預處理基體； (2)將預處理基體放入化學氣相沉積設備的反應腔體中，反應腔體抽真空后，通入高純氫氣，開啟化學氣相沉積設備，引發(fā)氣體分子反應； (3)達到沉積條件后，制備金剛石/碳化硅多層膜結構或制備金剛石/碳化硅磚-墻復合結構，制備完成后，關閉化學氣相沉積設備和反應氣體，即可； 所述步驟2中，化學氣相沉積設備為微波等離子體化學氣相沉積設備或者熱絲化學氣相沉積設備； 所述步驟3中，制備金剛石/碳化硅多層膜結構的步驟如下: Ca)達到沉積條件后，向反應腔體內引入有機硅烷氣體，在預處理基體上沉積立方碳化娃層; (b)待步驟a的立方碳化硅層達到設定要求后，關閉有機硅烷氣體，在化學氣相沉積設備的反應腔體與基體之間加載直流電壓，并通入烴類氣體，開始金剛石的形核； (C)待金剛石的形核達到設定要求后，關閉直流電壓，繼續(xù)通入烴類氣體，完成金剛石層的制備； Cd)待步驟c完成后，重復步驟a至C，得到金剛石/碳化硅多層膜結構； 所述步驟3中，制備金剛石/碳化硅磚-墻復合結構的步驟如下: Ce)達到沉積條件后，向反應腔體內引入有機硅烷氣體，在預處理基體上沉積立方碳化娃層; Cf)待步驟e的立方碳化硅層達到設定要求后，關閉有機硅烷氣體，在化學氣相沉積設備的反應腔體與基體之間加載直流電壓，并通入烴類氣體，開始金剛石的形核； (g)待金剛石的形核達到設定要求后，關閉直流電壓，繼續(xù)通入烴類氣體和有機硅烷氣體的混合物，生長金剛石/碳化硅復合層； (h)待步驟g完成后，得到金剛石/碳化硅磚-墻復合結構。2.根據權利要求1所述金剛石/碳化硅三維復合結構的制備方法，其特征在于，所述步驟I中，基體為硅、鉬、石英、鎢、碳化鎢、含鈷碳化鎢、不銹鋼中的一種或多種。3.根據權利要求1所述金剛石/碳化硅三維復合結構的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，高純氫氣的流量為100 sccm ~ 500 seem。4.根據權利要求1所述金剛石/碳化硅三維復合結構的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，開啟化學氣相沉積設備，直至基體溫度為600 ~ 1000°C，引發(fā)氣體分子反應。5.根據權利要求1所述金剛石/碳化硅三維復合結構的制備方法，其特征在于，所述步驟2中，采用微波等離子體化學氣相沉積設備，開啟時，微波功率為500 W ~ 3500 W，氣壓為5 Torr ~ 100 Torr ;采用在熱絲化學氣相沉積設備，開啟時，燈絲溫度為1800 K ~ 2300K，氣壓為 5 Torr ~ 30 Torr06.根據權利要求1所述金剛石/碳化硅三維復合結構的制備方法，其特征在于，所述步驟a或e中，有機娃燒為四甲基娃燒，有機娃燒的流量為2 sccm ~ 40 sccm。7.根據權利要求1所述金剛石/碳化硅三維復合結構的制備方法，其特征在于，所述步驟b或步驟f中，直流電壓為60 ~ 400 V，烴類氣體為烷烴、烯烴或炔烴，烴類氣體的流量為2 sccm ~ 40 sccm，形核時間為5 ~ 30分鐘。8.根據權利要求1所述金剛石/碳化硅三維復合結構的制備方法，其特征在于，所述步驟c中，經類氣體的流量為I sccm ~ 30 sccm ;所述步驟g中，經類氣體的流量為I sccm ~30 sccm，有機娃燒氣體的流量為2 sccm ~ 30 sccm。9.根據權利要求1-8任一項所述方法制備的產品。10.根據權利要求9所述方法制備的產品，其特征在于，所述產品的硬度為45~ 90GPa,斷裂韌性為 7.5 ~ 14.5 MPa.m1/2。
【專利摘要】本發(fā)明公開了供一種金剛石/碳化硅三維復合結構的制備方法及其制備的產品，目的在于解決現有的微米晶/納米晶金剛石多層膜結構強烈地依賴于基體材料的種類，無法用于含有石墨相催化效應金屬基體的問題。本發(fā)明能夠在無需額外基體預處理的情況下，在多種基體材料（如不銹鋼，WC-Co，Si3N4等）上，實現一步不間斷生長金剛石/立方碳化硅的三維復合結構，有效減少處理工序，節(jié)約生長時間和人力成本。同時，本發(fā)明制備的三維復合結構能顯著提高涂層在基體表面的粘附性、耐磨性以及斷裂韌性，滿足高性能表面涂層領域應用的需求，具有較好的應用前景，值得大規(guī)模推廣和應用。
【IPC分類】C23C16/27, C23C16/44, C23C16/32
【公開號】CN105039928
【申請?zhí)枴緾N201510335996
【發(fā)明人】姜辛, 熊鷹, 莊昊
【申請人】姜辛, 熊鷹, 莊昊
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月17日