通过调节CVD沉积参数，制备出如图1所示的两种金刚石/立方碳化硅的三维复合结构:可调制周期和厚度的多层结构(如图1左下方所示)以及混杂的三维金刚石/立方碳化硅“砖-墙”式结构(如图1右下方所示)。
[0022]经实际测定，本发明能够在无需额外基体预处理的情况下，在多种基体材料(如不锈钢，WC-Co，Si3N4等)上，实现一步不间断生长金刚石/立方碳化娃的三维复合结构，所制备的三维复合结构能显著提高涂层在基体表面的粘附性、耐磨性以及断裂韧性，满足高性能表面涂层领域应用的需求，具有较好的应用前景。
[0023]综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是:
1)本发明的立方碳化硅层作为一个势皇层，其能有效降低甚至完全消除在金刚石的形核和生长过程中基体的负面效应(如Fe、Co的石墨催化效应)，适于在多种基体材料(如Si，Mo，W，石英，不镑钢、WC-Co等)上有效地的制备涂层，具有可沉积基体材料范围广的优点；
2)本发明中三维复合结构的厚度、晶粒尺寸、金刚石/立方碳化硅的比例等均可通过变化沉积参数来精确控制，因而高度可控的三维复合结构能满足不同应用领域的需求，具有可控性高的优点；
3)本发明的生长条件可控，所制备的三维复合结构具有较好的重复性，能够满足工业化应用的需要；
4)本发明采用原位的偏压辅助形核工艺，有效解决了金刚石形核密度低的难题，能一步完成金刚石/碳化硅多层膜或“砖-墙”结构的三维复合结构的制备，有效地解决了原有的多步法所存在的生产周期长以及多次升降温所带来的附加应力的问题；
5)本发明的三维结构可以一步完成，能减少处理工序，节省生长时间，降低人力成本；
6)相比于纯金刚石涂层，本发明制备的三维复合结构能显著地提高涂层的耐磨性、韧性以及在基体上的结合性，具有较好的应用前景。
【附图说明】
[0024]本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中:
图1为本发明制备的三维复合结构示意图。
[0025]图2为实施例1制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0026]图3为实施例2制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0027]图4为实施例3制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0028]图5为实施例4制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0029]图6为实施例5制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0030]图7为实施例6制备的“砖-墙“式金刚石/立方碳化硅复合结构的膜断面SEM图
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[0031]图8为实施例6制备的“砖-墙“式金刚石/立方碳化硅复合结构的膜断面SEM图
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[0032]图9为实施例6制备的“砖-墙“式金刚石/立方碳化硅复合结构的膜正面SEM图。
[0033]图中标记:1为基体，2为金刚石，3为碳化硅。
【具体实施方式】
[0034]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0035]本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0036]在根据本发明建立的金刚石/立方碳化硅三维复合结构的制备方法中，对基体的材料没有特别要求，基体可以为硅、钼、石英、钨、碳化钨(含钴)以及不锈钢等。沉积前，需要对基体表面进行清洗，以去除基体表面残余污染物。
[0037]在根据本发明建立的金刚石/立方碳化硅三维复合结构的制备方法中，将清洗过的基体材料放入化学气相沉积设备中，气相沉积设备包括:微波等离子体化学气相沉积和热丝化学气相沉积。
[0038]在根据本发明的制备方法中，化学气相沉积的温度为600 ~ 1000°C时，优选700 ~900°C，还更优选750 ~ 850°C的。当温度高于1000°C或者低于600°C时，金刚石的生长被抑制，从而无法得到金刚石/立方碳化硅三维复合结构。
[0039]在根据本发明建立的金刚石/立方碳化硅三维复合结构的制备方法中，选用微波等离子体设备进行沉积时，微波功率在1500 W -3500 W时，优选为1800 W ~ 2500 W，更优选为 2200 W ~ 2200 W ;在 500 W ~ 1500 W 时，优选为 700 W ~ 800 W ;气压为 5 Torr ~100 Torr。选用热丝设备进行沉积时，灯丝温度为1800 K ~ 2300 K，优选为2000 K ~ 2200K，气压为 5 Torr ~ 30 Torr0
[0040]在根据本发明建立的金刚石/立方碳化硅三维复合结构的制备方法中，用于金刚石形核的电压由直流电源提供，电压为60 ~ 400 V，优选为120 V ~ 240 V ;形核时间为5~ 20分钟，优选为8 ~ 12分钟。
[0041]在根据本发明建立的金刚石/立方碳化硅三维复合结构的制备方法中，若生长金刚石/碳化硅“砖-墙”式复合结构，金刚石/立方碳化硅的比例和分布可以由有机硅烷和烃类气体的浓度比来控制。一般而言，有机硅烷含量越高，立方碳化硅在复合膜中的含量越尚O
[0042]在根据本发明的金刚石/立方碳化硅三维复合结构的制备方法中，金刚石/立方碳化硅三维复合涂层的总厚度可由沉积时间控制，沉积完成后将系统冷却至室温。
[0043]实施例1
将10 X 10 mm的Si基体分别用丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗10分钟后，用高纯氮气吹干。将洗净的Si基体放入微波等离子体气相沉积设备中，将设备抽真空使得腔内气压小于1X10 2 Torr，通入氢气至40 Torr，同时加热基体至850°C，引发气体分子反应。随后将微波功率固定至1800 W，通入30 sccm的四甲基硅烷，进行立方碳化硅的沉积。沉积I小时后，关闭四甲基硅烷，打开稳压直流电源，调节电压值至200 V，通过10 sccm的甲烷气体，开始金刚石的形核。10分钟后，调节电压值到O V，关闭直流电源。再调节甲烷气体流量至4sccm，开始沉积金刚石层。沉积I小时后，关闭甲烷气体。保持上述参数不变，重复立方碳化硅和金刚石层的沉积各3次。
[0044]最后关闭微波电源以及甲烷、氢气等反应气体，自然冷却至室温，即可。
[0045]图2给出了本实施例制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0046]实施例2
将10 XlO mm的Si基体分别用丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗10分钟后，用高纯氮气吹干。将洗净的Si基体放入微波等离子体气相沉积设备中，将设备抽真空使得腔内气压小于IXlO2 Torr，通入氢气至25 Torr，同时加热基体至750°C。随后激发微波等离子体，并将微波功率固定至1000 W，通入30 sccm的四甲基硅烷，进行立方碳化硅的沉积。沉积45分钟后，关闭四甲基硅烷，打开稳压直流电源，调节电压值至120 V，通过8 sccm的甲烷气体，开始金刚石的形核。12分钟后，调节电压值到O V，关闭直流电源。再调节甲烷气体流量至6 sccm，开始沉积金刚石层。沉积45分钟后，关闭甲烷气体。保持上述参数不变，重复立方碳化硅和金刚石层的沉积各7次。
[0047]最后关闭微波电源以及甲烷、氢气等反应气体，自然冷却至室温即可。
[0048]图3给出了本实施例制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0049]实施例3
将10 XlO mm的硅片分别用丙酮、乙醇、蒸馏水超声清洗10分钟后，用高纯氮气吹干。将洗净的硅片放入微波等离子体气相沉积设备中，将设备抽真空使得腔内气压小于IX 10 2Torr,通入氢气至20 Torr,同时加热基体至700°C。随后激发微波等离子体，并将微波功率固定至800 W，通入30 sccm的四甲基硅烷，进行立方碳化硅的沉积。沉积15分钟后，关闭四甲基硅烷，打开稳压直流电源，调节电压值至100 V，通过16 sccm的甲烷气体，开始金刚石的形核。10分钟后，调节电压值到O V，关闭直流电源。再调节甲烷气体流量至8 sccm,开始沉积金刚石层。沉积15分钟后，关闭甲烷气体。保持上述参数不变，重复立方碳化硅和金刚石层的沉积17次。
[0050]最后关闭微波电源以及甲烷、氢气等反应气体，自然冷却至室温即可。
[0051]图4给出了本实施例制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0052]实施例4