一种金刚石表面金属化方法与流程

本发明涉及金刚石应用技术领域，更具体的涉及一种金刚石表面金属化方法。

背景技术：

金刚石俗称钻石，其在高端装饰、磨削加工、钻探及高导热散热基板领域均占据一席之地。然而，金刚石与金属之间存在较高的界面能，大大缩短了其使用寿命，造成极大浪费。目前而言，解决方式主要通过金刚石表面金属化处理，包括盐浴镀、电镀、化学镀及气相沉积等，这些方法一定程度上提高了金刚石与金属之间的界面结合性能，但是仍存在结合力差，主要是物理结合且造价较高。

为此，研发新的金刚石表面金属化方法能够大力推动金刚石行业的发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金刚石表面金属化方法，能够实现金刚石表面的梯度层修饰，用以解决现有技术中存在金刚石与金属之间结合力差的问题。

本发明提供一种金刚石表面金属化方法，将清洗干净的金刚石与熔盐、微纳米金属及微纳米活性物质按一定比例混合均匀，在800-1000℃非氧化气氛条件下保温0.5-3h，随炉冷却至室温取出，经清洗处理，得到表面梯度层修饰的金刚石颗粒，实现金刚石表面金属化。

优选地，所用金刚石、熔盐、微纳米金属及微纳米活性物质的质量比为1:10-20):0.2-0.5):0.5-0.8。

优选地，金刚石表面包覆的为反应碳化物层、活性物质层、金属层依次分布的梯度层。

优选地，所用的熔盐为氯化钠、氯化钾、氟化钠、氟化钾、氯化镁、氯化钡、氯化钙中的一种或多种。

优选地，所用的微纳米金属为微纳米金属铜，其粒径在30-500nm。

优选地，所用的微纳米活性物质为铬。

优选地，非氧化气氛包括一定真空条件或惰性气体保护。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

本发明提供了一种新的金刚石表面金属化方法，能够实现金刚石表面的梯度层修饰，使金刚石表面均匀包覆由反应碳化物层、活性物质层、含铜金属层组成的梯度层，能够有效改善金刚石与金属铜的界面结合性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的改性后金刚石颗粒的XRD图；

图2为本发明实施例1的改性后金刚石颗粒的SEM图；

图3为本发明实施例1的改性后金刚石颗粒的能谱图；

图4为本发明实施例1中改性后金刚石-铜复合材料界面SEM图；

图5为本发明实施例2的改性后金刚石颗粒的SEM图；

图6为本发明实施例3的改性后金刚石颗粒的SEM图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种金刚石表面金属化方法，通过以下方式实现：

将清洗干净的金刚石与熔盐、微纳米金属及微纳米活性物质按一定比例混合均匀，在800-1000℃非氧化气氛条件下保温0.5-3h，随炉冷却至室温取出，经清洗处理，得到表面梯度层修饰的金刚石颗粒，实现金刚石表面金属化。

在本发明实施例中，所用金刚石、熔盐、微纳米金属及微纳米活性活性物质的质量比为1:10-20:0.2-0.5:0.5-0.8。

在本发明实施例中，金刚石表面包覆有由反应碳化物层、活性物质层、金属层组成的梯度层。

在本发明实施例中，所用的熔盐为氯化钠、氯化钾、氟化钠、氟化钾、氯化镁、氯化钡、氯化钙中的一种或多种。

在本发明实施例中，所用的微纳米金属为微纳米金属铜，其粒径在30-500nm。

在本发明实施例中，所用的微纳米活性物质为铬。

在本发明实施例中，非氧化气氛包括一定真空条件或惰性气体保护或还原性气氛。

本发明实施例提供了一种新的金刚石表面金属化方法，能够实现金刚石表面的梯度层修饰，使金刚石表面均匀包覆由反应碳化物层、活性物质层、金属层组成的梯度层。

本发明通过简单的设备在相对较低的温度条件下实现了金刚石表面梯度层全包覆，得到化学键结合的金刚石金属化颗粒，且金属化表面含有铜元素，能够有效改善金刚石与铜的界面结合性能，较大程度上提高金刚石-铜复合材料的热传导性能。

实施例1

首先，对金刚石进行表面预处理：丙酮溶液超声清洗10-30分钟---无水乙醇超声10-30分钟---去离子水洗至中性---用稀硝酸溶液清洗10-30分钟---去离子水冲清洗至中性---干燥充分。经表面预处理后得到清洗干净的金刚石，然后将金刚石与熔盐、微纳米金属及微纳米活性物质按照金刚石、熔盐、微纳米金属及微纳米活性物质的质量比1:10:0.2:0.8混合均匀；其中，微纳米活性物质为Cr，微纳米金属为微纳米金属铜，铜的粒径为500nm，熔盐重量组成为NaCl:KCl＝1:1。然后将混合均匀的物质放入带盖石墨坩埚并盖上盖子，一并装入管式炉中抽真空，在800℃条件下保温1小时随炉冷却至室温并取出样品用去离子水反复清洗，去除混合盐，充分干燥后的样品用网孔筛进行改性金刚石和杂质的分离，最后将分离后的表面改性金刚石在去离子水中超声清洗10min并重复清洗5遍；再用无水乙醇中超声清洗5min，清洗5遍，冲洗至中性放入干燥箱中进行干燥，得到表面梯度层修饰的金刚石颗粒。图1给出了改性后的金刚石颗粒的XRD分析图，可知在金刚石表面原位反应生成了碳化物及存在活性物质层。图2给出了改性后金刚石颗粒的SEM图，由图2可知，金刚石表面实现了均匀全包覆；图3给出了改性后金刚石颗粒的能谱图，从图3可知，在此实例条件下制备的改性金刚石表面含有金属铜及活性物质铬，结合XRD分析可知实现了金刚石表面由反应碳化物层-活性物质层-含铜金属层组成的梯度层修饰。图4给出了采用该实例金刚石制备的金刚石-铜复合材料界面SEM图，其中金刚石体积分数为40％，其热导率为692W/(m.K)，没有改性金刚石在相同条件下制备的金刚石-铜复合材料热导率仅为198W/(m.K)，因此，根据SEM图及复合材料热导率结果可知，通过该放方法对金刚石进行梯度层改性，有效改善金刚石-铜复合材料的界面结合，大幅提高了金刚石-铜复合材料的热传导性能。

实施例2

金刚石的表面预处理同实施例1。经表面预处理后得到清洗干净的金刚石，然后将金刚石与熔盐、微纳米金属及微纳米活性物质按照金刚石、熔盐、微纳米金属及微纳米活性物质的质量比1:20:0.5:0.5混合均匀；其中，微纳米活性物质为Cr，微纳米金属为微纳米金属铜，铜的粒径为30nm，熔盐为NaCl。然后将混合均匀的物质放入带盖石墨坩埚并盖上盖子，一并装入管式炉中抽真空，在1000℃条件下保温1小时随炉冷却至室温并取出样品用去离子水反复清洗，去除混合盐，充分干燥后的样品用网孔筛进行改性金刚石和杂质的分离，最后将分离后的表面改性金刚石在去离子水中超声清洗10min并重复清洗5遍；再用无水乙醇中超声清洗5min，清洗5遍，冲洗至中性放入干燥箱中进行干燥，得到表面梯度层修饰的金刚石颗粒。图5给出了采用此工艺得到的改性后金刚石颗粒的SEM图，由图5可知，金刚石表面实现了均匀全包覆。

实施例3

金刚石的表面预处理同实施例1。经表面预处理后得到清洗干净的金刚石，然后将金刚石与熔盐、微纳米金属及微纳米活性物质按照金刚石、熔盐、微纳米金属及微纳米活性物质的质量比1:15:0.3:0.7混合均匀；其中，微纳米活性物质为Cr，微纳米金属为微纳米金属铜，铜的粒径为100nm，熔盐为NaCl。然后将混合均匀物质放入带盖石墨坩埚并盖上盖子，一并装入管式炉中通氩气，在850℃条件下保温2小时随炉冷却至室温并取出样品用去离子水反复清洗，去除熔盐，充分干燥后的样品用网孔筛进行改性金刚石和杂质的分离，最后将分离后的表面改性金刚石在去离子水中超声清洗10min并重复清洗5遍；再用无水乙醇中超声清洗5min，清洗5遍，冲洗至中性放入干燥箱中进行干燥，得到表面梯度层修饰的金刚石颗粒。图6给出了采用此工艺改性后金刚石颗粒的SEM图，由图6可知，金刚石表面实现了均匀全包覆。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。