本发明涉及一种多孔材料的制备方法。特别是涉及一种基于低温类金刚石涂层增强的多孔材料的制备方法。
背景技术：
气浮轴承具有摩擦损耗低，精度高、耐高低温、寿命长以及无污染等优点。基于此，气体润滑技术在超精密加工及超精密测量技术领域中有着广泛运用并且气浮轴承在高速支撑、低摩擦低功耗支撑、高精密支撑和特殊工况支撑领域中有着绝对的优势。其中，多孔气浮轴承是气体润滑领域中的一个研究热点。多孔材料自身的特性，如渗透率的不均性，流体通过复杂结构的多孔材料的现象，使其在有效供气面积和供气压力不变的情况下，能够大幅的提高气浮轴承的刚度，承载力及阻尼特性。但是，由于多孔材料本身强度偏低，在气浮轴承的启动和终止阶段承受较大的载荷，使用一定时间后容易造成严重的磨损，从而导致多孔气浮轴承精度下降，失效。因此，开发新型工艺，提升多孔材料的强度和耐磨损性能，对改善多孔气浮轴承的精度，提升多孔气浮轴承的使用寿命具有重要意义。
类金刚石涂层是一种非晶碳涂层，具有诸多接近金刚石的优良性能，如高硬度、高耐磨性、自润滑性和耐腐蚀性等。在多孔材料涂覆诸如类金刚石之类的改性材料，可望改善上述问题。然而涂层沉积过程中极容易造成涂层材料堵塞多孔材料的表面孔隙，造成多孔材料的性能下降。不仅如此，常规涂层的沉积工艺往往带来较高的沉积温度，导致多孔材料涂覆涂层后发生严重的热变形，使得后续加工工艺更加复杂。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够显著提升多孔材料的强度和表面耐磨损性能的基于低温类金刚石涂层增强的多孔材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种基于低温类金刚石涂层增强的多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将多孔材料置于射频化学气相沉积装置中，进行表面预处理，即对多孔材料进行氢离子刻蚀；
2)对多孔材料表面进行射频化学气相沉积类金刚石涂层。
步骤1)中将射频化学气相沉积装置的进气管与多孔材料相连接，反应气体仅通过多孔材料的空隙进入真空反应腔室。
步骤1)中所述的对多孔材料进行氢离子刻蚀的具体工艺参数为：气压35pa，氢气流量200sccm，功率2w/cm2，偏流0.4a/cm2，衬底温度25℃，反应时间120s。
步骤2)是在步骤1)的表面预处理完成后继续在所述的射频化学气相沉积装置中直接原位进行。
步骤2)中所述的进行射频化学气相沉积类金刚石涂层，具体工艺参数为：气压35pa，乙炔流量300～400sccm，功率6～10w/cm2，偏流-0.7a/cm2，衬底温度25～30℃。
步骤2)中在进行射频化学气相沉积类金刚石涂层过程中，多孔材料的表面孔隙始终保持反应气体的流通。
制备获得的类金刚石涂层增强的多孔材料无热变形。
所述多孔材料为多孔青铜、多孔不锈钢、多孔石墨和多孔陶瓷中的一种。
本发明的一种基于低温类金刚石涂层增强的多孔材料的制备方法，制备的多孔材料，显著提升了多孔材料的强度和表面耐磨损性能，并且本发明的制备过程中通过将多孔材料与射频化学气相沉积装置真空反应腔室的进气管相连接，使得反应气体仅可通过多孔材料的空隙进入反应腔室，在制备过程中多孔材料的表面孔隙始终保持反应气体的流通，避免了类金刚石涂层堵塞多孔材料表面孔隙的缺陷，此外，本发明制备过程在常温下进行，避免了多孔材料基体的热变形，简化了后续加工工艺，在气体润滑，尤其是气浮轴承领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1是本发明一种基于低温类金刚石涂层增强的多孔材料的制备方法的制备原理示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种基于低温类金刚石涂层增强的多孔材料的制备方法做出详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种基于低温类金刚石涂层增强的多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将多孔材料置于射频化学气相沉积装置中，进行表面预处理，即对多孔材料进行氢离子刻蚀；具体是将射频化学气相沉积装置的进气管与多孔材料相连接，反应气体仅通过多孔材料的空隙进入真空反应腔室。
其中，所述的对多孔材料进行氢离子刻蚀的具体工艺参数为：气压35pa，氢气流量200sccm，功率2w/cm2，偏流0.4a/cm2，衬底温度25℃，反应时间120s。
2)对多孔材料表面进行射频化学气相沉积类金刚石涂层。
具体是在步骤1)的表面预处理完成后继续在所述的射频化学气相沉积装置中直接原位进行。
其中，所述的进行射频化学气相沉积类金刚石涂层，具体工艺参数为：气压35pa，乙炔流量300～400sccm，功率6～10w/cm2，偏流-0.7a/cm2，衬底温度25～30℃。
在进行射频化学气相沉积类金刚石涂层过程中，多孔材料的表面孔隙始终保持反应气体的流通。
本发明制备获得的类金刚石涂层增强的多孔材料无热变形。本发明所述的多孔材料为多孔青铜、多孔不锈钢、多孔石墨和多孔陶瓷中的一种。
下面给出具体实例：
实施例1
以多孔青铜材料为对象，将其置于射频化学气相沉积装置的真空反应腔室内，并将真空反应腔室的进气管与多孔青铜材料相连接，使反应气体仅可从多孔青铜材料的孔隙进入真空反应腔室。
基于射频化学气相沉积装置对多孔青铜材料施加氢离子刻蚀，实现对多孔青铜材料的预处理，其中氢离子刻蚀的气压为35pa，氢气流量为200sccm，功率为2w/cm2，偏流为0.4a/cm2，衬底温度为25℃，反应时间为120s。
继续在射频化学气相沉积装置中对表面预处理后的多孔青铜材料表面原位进行类金刚石涂层的沉积，具体工艺参数为：气压为35pa，乙炔流量为300sccm，功率为6w/cm2，偏流为-0.7a/cm2，衬底温度为25℃，涂层沉积过程中多孔青铜材料的表面孔隙始终保持反应气体的流通。
制备获得的类金刚石涂层增强的多孔青铜材料无热变形，表面孔隙无堵塞，强度和表面耐磨性大幅提升，应用于气浮轴承后气浮轴承寿命提高1.5倍以上。
实施例2
以多孔石墨材料为对象，将其置于射频化学气相沉积装置的真空反应腔室内，并将真空反应腔室的进气管与多孔石墨材料相连接，使反应气体仅可从多孔石墨材料的孔隙进入真空反应腔室。
基于射频化学气相沉积装置对多孔石墨材料施加氢离子刻蚀，实现对多孔石墨材料的预处理，其中氢离子刻蚀的气压为35pa，氢气流量为200sccm，功率为2w/cm2，偏流为0.4a/cm2，衬底温度为25℃，反应时间为120s。
继续在射频化学气相沉积装置中对表面预处理后的多孔石墨材料表面原位进行类金刚石涂层的沉积，具体工艺参数为：气压为35pa，乙炔流量为400sccm，功率为10w/cm2，偏流为-0.7a/cm2，衬底温度为30℃，涂层沉积过程中多孔石墨材料的表面孔隙始终保持反应气体的流通。
制备获得的类金刚石涂层增强的多孔石墨材料无热变形，表面孔隙无堵塞，强度和表面耐磨性大幅提升，应用于气浮轴承后气浮轴承寿命提高3倍以上。
实施例3
以多孔陶瓷材料为对象，将其置于射频化学气相沉积装置的真空反应腔室内，并将真空反应腔室的进气管与多孔陶瓷材料相连接，使反应气体仅可从多孔陶瓷材料的孔隙进入真空反应腔室。
基于射频化学气相沉积装置对多孔陶瓷材料施加氢离子刻蚀，实现对多孔陶瓷材料的预处理，其中氢离子刻蚀的气压为35pa，氢气流量为200sccm，功率为2w/cm2，偏流为0.4a/cm2，衬底温度为25℃，反应时间为120s。
继续在射频化学气相沉积装置中对表面预处理后的多孔陶瓷材料表面原位进行类金刚石涂层的沉积，具体工艺参数为：气压为35pa，乙炔流量为300sccm，功率为7w/cm2，偏流为-0.7a/cm2，衬底温度为28℃，涂层沉积过程中多孔陶瓷材料的表面孔隙始终保持反应气体的流通。
制备获得的类金刚石涂层增强的多孔陶瓷材料无热变形，表面孔隙无堵塞，强度和表面耐磨性大幅提升，应用于气浮轴承后气浮轴承寿命提高2倍以上。
实施例4
以多孔不锈钢材料为对象，将其置于射频化学气相沉积装置的真空反应腔室内，并将真空反应腔室的进气管与多孔不锈钢材料相连接，使反应气体仅可从多孔不锈钢材料的孔隙进入真空反应腔室。
基于射频化学气相沉积装置对多孔不锈钢材料施加氢离子刻蚀，实现对多孔不锈钢材料的预处理，其中氢离子刻蚀的气压为35pa，氢气流量为200sccm，功率为2w/cm2，偏流为0.4a/cm2，衬底温度为25℃，反应时间为120s。
继续在射频化学气相沉积装置中对表面预处理后的多孔不锈钢材料表面原位进行类金刚石涂层的沉积，具体工艺参数为：气压为35pa，乙炔流量为350sccm，功率为8w/cm2，偏流为-0.7a/cm2，衬底温度为27℃，涂层沉积过程中多孔不锈钢材料的表面孔隙始终保持反应气体的流通。
制备获得的类金刚石涂层增强的多孔不锈钢材料无热变形，表面孔隙无堵塞，强度和表面耐磨性大幅提升，应用于气浮轴承后气浮轴承寿命提高1.5倍以上。