一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，属于薄膜材料技术领域。本发明专利技术将钛片进行砂纸打磨、有机溶剂清洗、混合酸浸泡、去离子水超声波清洗、强碱腐蚀、弱碱浸泡等预处理得到预处理钛片，以预处理钛片为基体，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜。本发明专利技术制备的金刚石薄膜具有强薄膜基体粘附力，可避免其作为电化学阳极电极在服役过程中金刚石脱落，造成二次污染，降低电极的成本，提高电极使用寿命。

Preparation method of diamond film with strong adhesion of film base

The invention discloses a preparation method of diamond film with strong film base adhesion force, belonging to the technical field of film materials. The titanium sheet is pretreated by sandpaper grinding, organic solvent cleaning, mixed acid soaking, ultrasonic cleaning with deionized water, strong alkali corrosion, weak alkali immersion, etc. The pretreated titanium sheet is used as the substrate, and the pretreated titanium sheet is prepared by microwave plasma chemical vapor deposition of diamond film on the surface of the pretreated titanium sheet. The adhesion of diamond film to the substrate. The diamond film prepared by the invention has strong adhesion force to the substrate of the film, and can avoid diamond shedding as an electrochemical anode electrode during service, cause secondary pollution, reduce the cost of the electrode, and improve the service life of the electrode.

【技术实现步骤摘要】
一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法
本专利技术涉及一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，属于薄膜材料

技术介绍
为应对水体环境持续恶化问题，人们在长期的探索中形成了众多有机废水处理技术（物理吸附法、生物法、电化学阳极氧化法），其中电化学阳极氧化法已经成为处理有机废水的重要手段，开发合适的阳极材料是保证电化学降解的关键，以硼掺杂金刚石电极为代表的导电金刚石阳极材料，不仅具备析氧超电势高、电化学窗口宽、背景电流小等优异的电化学特性，而且具有超低有机残留物吸附等优点。但硼掺杂金刚石电极机械性能和长期耐腐蚀性难以满足工业要求，而钛是几乎唯一具有良好的导电性能和足够的机械性能，又具备优异的低温抗腐蚀能力性能的低成本基体材料，所以钛基金刚石薄膜是电化学阳极氧化法中阳极材料的最佳选择。但是由于在钛片上沉积金刚石薄膜的过程中，钛片在高温下很容易形成碳化钛中间层，而钛、碳化钛、碳的热膨胀系数相差很大，这种差异会影响金刚石薄膜和基体的结合力，导致金刚石的分裂和剥离。目前，增大膜基结合力的方法有机械打磨法和增加过渡层法。机械打磨法是利用砂纸将钛片进行打磨，改变基体表面粗糙度，但在沉积金刚石薄膜过程中，金刚石薄膜和基体之间依然存在很大的热应力，膜基结合力依旧很小；增加过渡层法是利用溅射的方法在钛片上先沉积一层与钛和碳的热膨胀系数差异小的金属，比如钼，再在其上沉积金刚石薄膜，此种方法虽然能增大膜基结合力，但钼属于稀有金属，价格昂贵，会增加生产成本，增加过渡层工艺复杂，影响生产效率。
技术实现思路
针对现有金刚石薄膜的技术问题，本专利技术提供一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，本专利技术将钛片进行砂纸打磨、有机溶剂清洗、混合酸浸泡、去离子水超声波清洗、强碱腐蚀、弱碱浸泡等预处理得到预处理钛片，以预处理钛片为基体，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜。本专利技术制备的金刚石薄膜具有强薄膜基体粘附力，可用作电化学阳极电极过程中可避免电极在服役过程中金刚石脱落，造成二次污染，降低电极的成本，提高电极使用寿命。本专利技术方法能极大的提高薄膜基体结合力，避免金刚石薄膜在服役过程中出现脱落现象，同时能缩短工艺流程，降低生产成本。一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，具体步骤如下：（1）预处理：将钛片用砂纸打磨处理，依次采用无水乙醇处理、去离子水超声波清洗去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡1~5min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为70~100℃的NaOH溶液中进行水热处理2~4h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡1~3h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；（2）以步骤（1）所得预处理钛片为基体，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为500~700℃，腔体压强3~5KPa，微波功率为2100~2600W；化学气相沉积生长过程的基体温度为700~900℃，腔体压强5~7KPa，微波功率为2600~3000W；化学气相沉积的工作气体为甲烷和氢气的混合气体；所述步骤（1）HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为1~5%，HNO3的质量百分数浓度为10~15%；NaOH溶液的浓度为3~15mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为5~15%；进一步地，所述步骤（1）钛片用砂纸打磨处理的具体方法为采用400~1200号砂纸进行逐级打磨；进一步地，所述步骤（1）无水乙醇处理的时间为1~5秒，去离子水超声波清洗的时间为10~30min；进一步地，所述甲烷和氢气的混合气体中甲烷的体积分数为1~5%；本专利技术所述甲烷气体在温度500~700℃，压强3~5kpa条件下发生反应生成金刚石；本专利技术的有益效果：本专利技术方法可以减少金刚石薄膜沉积过程中膜基之间的热应力，能极大的提高膜基结合力，避免金刚石薄膜在服役过程中出现脱落现象，同时能缩短工艺流程，降低生产成本。附图说明图1为实施例3的NaOH溶液水热处理钛片的扫描电镜图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的保护范围并不限于所述内容。实施例1：一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，具体步骤如下：（1）预处理：将2mm厚钛片用400~1200号的砂纸逐级打磨处理，依次采用无水乙醇处理5s、去离子水超声波清洗10min去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡3min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为70℃的NaOH溶液中进行水热处理4h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡3h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；其中HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为2%，HNO3的质量百分数浓度为10%；NaOH溶液的浓度为5mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为5%；（2）将步骤（1）所得预处理钛片置于微波等离子体的反应腔体内，以预处理钛片为基体，抽真空，然后通入工作气体（工作气体为甲烷和氢气的混合气体），利用微波辐射工作气体（甲烷和氢气的混合气体），使工作气体产生等离子体；调节样品台高度，使钛片上产生致密的等离子体球，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为500℃，腔体压强3KPa，微波功率为2100W；化学气相沉积生长过程的基体温度为700℃，腔体压强5KPa，微波功率为2600W；甲烷和氢气的混合气体中甲烷的体积分数为1%；本实施例具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜性能检测结果如表1所示，从表1可知，金刚石薄膜在负载10.0001570mN的最大压痕深度为145.256nm，卸载后的压痕深度为44.308nm；在负载5.0037053mN的最大压痕深度为116.952nm，卸载后的压痕深度为44.308nm；金刚石薄膜的弹性模量为1156.6Mpa。实施例2：一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，具体步骤如下：（1）预处理：将1.5mm厚钛片用400~1200号的砂纸逐级打磨处理，依次采用无水乙醇处理4s、去离子水超声波清洗20min去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡4min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为80℃的NaOH溶液中进行水热处理3.5h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡2.8h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；其中HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为1%，HNO3的质量百分数浓度为12%；NaOH溶液的浓度为7mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为7%；（2）将步骤（1）所得预处理钛片置于微波等离子体的反应腔体内，以预处理钛片为基体，抽真空，然后通入工作气体（工作气体为甲烷和氢气的混合气体），利用微波辐射工作气体（甲烷和氢气的混合气体），使工作气体产生等离子体；调节样品台高度，使钛片上产生致密的等离子体球，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）预处理：将钛片用砂纸打磨处理，依次采用无水乙醇处理、去离子水超声波清洗去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡1~5min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为70~100℃的NaOH溶液中进行水热处理2~4h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡1~3h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；（2）以步骤（1）所得预处理钛片为基体，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为500~700℃，腔体压强3~5KPa，微波功率为2100~2600W；化学气相沉积生长过程的基体温度为700~900℃，腔体压强5~7KPa，微波功率为2600~3000W；化学气相沉积的工作气体为甲烷和氢气的混合气体。

【技术特征摘要】
1.一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）预处理：将钛片用砂纸打磨处理，依次采用无水乙醇处理、去离子水超声波清洗去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡1~5min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为70~100℃的NaOH溶液中进行水热处理2~4h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡1~3h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；（2）以步骤（1）所得预处理钛片为基体，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为500~7...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨黎，侯明，郭胜惠，彭金辉，胡途，王梁，叶小磊，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：云南,53