将10 XlO mm的Mo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，并抽真空使得腔内气压小于IXlO2 Torr，通入氢气至20 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25 sccm的四甲基硅烷，进行立方碳化硅的沉积。沉积25分钟后，关闭四甲基硅烷，打开稳压直流电源，调节电压值至150 V，通过12 sccm的甲烷气体，开始形核。6分钟后，调节电压值到O V，关闭直流电源。调节甲烷气体流量至8 sccm，开始沉积金刚石层。沉积20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11次。
[0053]最后关闭微波电源以及甲烷、四甲基硅烷、氢气等反应气体，自然冷却至室温即可。
[0054]图5给出了本实施例制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0055]实施例5
将10 XlO mm的WC_6%Co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WC-6%Co基体放入微波等离子体气相沉积设备中，并抽真空使得腔内气压小于IXlO2 Torr，通入氢气至20 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25 sccm的四甲基硅烷，进行立方碳化硅的沉积。沉积60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，开始形核。15分钟后，调节电压值到O V，关闭直流电源。调节甲烷气体流量至10sccm，开始沉积金刚石层。沉积60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5次。
[0056]最后关闭微波电源以及甲烷、四甲基硅烷、氢气等反应气体，自然冷却至室温即可。
[0057]图6给出了本实施例制备的多层膜结构的膜断面SEM图。
[0058]实施例6
将10 XlO mm的WC_6%Co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WC-6%Co基体放入微波等离子体气相沉积设备中，并抽真空使得腔内气压小于IXlO2 Torr，通入氢气至20 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800 W，通入30 sccm的四甲基硅烷，进行立方碳化硅层的沉积。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80 V，通过8 sccm的甲烷气体开始形核。8分钟后，调节电压值到O V，关闭直流电源。通入四甲基硅烷，流量为5 sccm，并将甲烧气体流量从8sccm调节至2 sccm，开始沉积“砖-墙”式金刚石/立方碳化硅复合层。沉积30分钟后，关闭甲烷和四甲基硅烷气体。保持上述参数不变，重复偏压辅助的金刚石形核步骤，然后再重复“砖-墙”式金刚石/立方碳化硅生长步骤各3次。
[0059]最后关闭微波电源以及甲烷、四甲基硅烷、氢气等反应气体，自然冷却至室温即可。
[0060]图7给出了本实施例制备的“砖-墙“式金刚石/立方碳化硅复合结构的膜断面SEM图一。图8给出了本实施例制备的“砖-墙“式金刚石/立方碳化硅复合结构的膜断面SEM图二。图9给出了本实施例制备的“砖-墙“式金刚石/立方碳化硅复合结构的膜正面SEM 图。
[0061]上述实施例为本发明在硅和WC-Co基体表面较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
[0062]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.一种金刚石/碳化硅三维复合结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)将基体清洗干燥后，得到预处理基体； (2)将预处理基体放入化学气相沉积设备的反应腔体中，反应腔体抽真空后，通入高纯氢气，开启化学气相沉积设备，引发气体分子反应； (3)达到沉积条件后，制备金刚石/碳化硅多层膜结构或制备金刚石/碳化硅砖-墙复合结构，制备完成后，关闭化学气相沉积设备和反应气体，即可； 所述步骤2中，化学气相沉积设备为微波等离子体化学气相沉积设备或者热丝化学气相沉积设备； 所述步骤3中，制备金刚石/碳化硅多层膜结构的步骤如下: Ca)达到沉积条件后，向反应腔体内引入有机硅烷气体，在预处理基体上沉积立方碳化娃层; (b)待步骤a的立方碳化硅层达到设定要求后，关闭有机硅烷气体，在化学气相沉积设备的反应腔体与基体之间加载直流电压，并通入烃类气体，开始金刚石的形核； (C)待金刚石的形核达到设定要求后，关闭直流电压，继续通入烃类气体，完成金刚石层的制备； Cd)待步骤c完成后，重复步骤a至C，得到金刚石/碳化硅多层膜结构； 所述步骤3中，制备金刚石/碳化硅砖-墙复合结构的步骤如下: Ce)达到沉积条件后，向反应腔体内引入有机硅烷气体，在预处理基体上沉积立方碳化娃层; Cf)待步骤e的立方碳化硅层达到设定要求后，关闭有机硅烷气体，在化学气相沉积设备的反应腔体与基体之间加载直流电压，并通入烃类气体，开始金刚石的形核； (g)待金刚石的形核达到设定要求后，关闭直流电压，继续通入烃类气体和有机硅烷气体的混合物，生长金刚石/碳化硅复合层； (h)待步骤g完成后，得到金刚石/碳化硅砖-墙复合结构。2.根据权利要求1所述金刚石/碳化硅三维复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤I中，基体为硅、钼、石英、钨、碳化钨、含钴碳化钨、不锈钢中的一种或多种。3.根据权利要求1所述金刚石/碳化硅三维复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，高纯氢气的流量为100 sccm ~ 500 seem。4.根据权利要求1所述金刚石/碳化硅三维复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，开启化学气相沉积设备，直至基体温度为600 ~ 1000°C，引发气体分子反应。5.根据权利要求1所述金刚石/碳化硅三维复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤2中，采用微波等离子体化学气相沉积设备，开启时，微波功率为500 W ~ 3500 W，气压为5 Torr ~ 100 Torr ;采用在热丝化学气相沉积设备，开启时，灯丝温度为1800 K ~ 2300K，气压为 5 Torr ~ 30 Torr06.根据权利要求1所述金刚石/碳化硅三维复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤a或e中，有机娃烧为四甲基娃烧，有机娃烧的流量为2 sccm ~ 40 sccm。7.根据权利要求1所述金刚石/碳化硅三维复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤b或步骤f中，直流电压为60 ~ 400 V，烃类气体为烷烃、烯烃或炔烃，烃类气体的流量为2 sccm ~ 40 sccm，形核时间为5 ~ 30分钟。8.根据权利要求1所述金刚石/碳化硅三维复合结构的制备方法，其特征在于，所述步骤c中，经类气体的流量为I sccm ~ 30 sccm ;所述步骤g中，经类气体的流量为I sccm ~30 sccm，有机娃烧气体的流量为2 sccm ~ 30 sccm。9.根据权利要求1-8任一项所述方法制备的产品。10.根据权利要求9所述方法制备的产品，其特征在于，所述产品的硬度为45~ 90GPa,断裂韧性为 7.5 ~ 14.5 MPa.m1/2。
【专利摘要】本发明公开了供一种金刚石/碳化硅三维复合结构的制备方法及其制备的产品，目的在于解决现有的微米晶/纳米晶金刚石多层膜结构强烈地依赖于基体材料的种类，无法用于含有石墨相催化效应金属基体的问题。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/立方碳化硅的三维复合结构，有效减少处理工序，节约生长时间和人力成本。同时，本发明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，值得大规模推广和应用。
【IPC分类】C23C16/27, C23C16/44, C23C16/32
【公开号】CN105039928
【申请号】CN201510335996
【发明人】姜辛, 熊鹰, 庄昊
【申请人】姜辛, 熊鹰, 庄昊
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年6月17日