一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构，包括纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层；所述纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层交错分布，所述纯单晶金刚石层位于复合层结构的最外侧。该复合层结构有效提高了单晶金刚石的韧性和硬度，能够应用于精密加工和超精密加工领域中，并且能够提高产品的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构
本技术属于复合层结构
，涉及金刚石生产加工领域，具体涉及一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构。
技术介绍
单晶金刚石具有较高的硬度、较高的耐磨性、较高的杨氏模量等优异的机械加工性能，能够作为精密刀具使用。采用微波等离子体法能够合成纯净度较高的单晶金刚石产品，虽然高质量单晶金刚石硬度高，但是脆性高、韧性低，在高速切削加工条件下很容易崩裂；通常采用掺杂的方法，向单晶金刚石晶格中引入微量氮原子(200ppm以内)，以提高单晶金刚石的韧性，但是含氮的单晶金刚石硬度和耐磨度都有所下降从而影响单晶金刚石的加工性能。现有市场产品大致分为两类：一类是纯度较高的CVD单晶金刚石，具有较高的硬度和耐磨性，但是韧性较差，无法抵抗材料加工过程中的冲击，容易产生裂纹；另一类是氮气掺杂的CVD单晶金刚石产品，这类产品即在金刚石原子中引入了氮原子，从而起到了缓冲的作用，这类产品可以提高金刚石的韧性但是大大降低了硬度和耐磨性，影响了刀具的加工时间。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本技术提供了一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构，该复合层结构有效提高了单晶金刚石的韧性和硬度，能够应用于精密加工和超精密加工领域中，并且能够提高产品的使用寿命。为此，本技术采用了以下技术方案：一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构，包括纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层；所述纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层交错分布，所述纯单晶金刚石层位于复合层结构的最外侧。优选地，所述纯单晶金刚石层的层数比所述掺氮单晶金刚石层的层数多1层。优选地，所述纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层的厚度相等。优选地，所述纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层通过交替生长所得，中间会有过渡层，用于保证二者的结构之间连接紧密。与现有技术相比，本技术的有益效果是：(1)韧性较高。采用复合层的交替方式解决了金刚石硬脆的问题，在提高高质量单晶金刚石的韧性的同时也保障了产品的加工性能。(2)成本降低。通过复合层结构提高了普通产品的生长效率，并保证了产品的稳定性。(3)产品寿命提高。本技术所提供的产品比现有产品的加工时间提高约1.5倍。附图说明图1是本技术所提供的一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构的基本结构图。附图标记说明：1、纯单晶金刚石层；2、掺氮单晶金刚石层。具体实施方式下面结合附图以及具体实施例来详细说明本技术，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本技术，但并不作为对本技术的限定。如图1所示，本技术公开了一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构，包括纯单晶金刚石层1和掺氮单晶金刚石层2；所述纯单晶金刚石层1和掺氮单晶金刚石层2交错分布，所述纯单晶金刚石层1位于复合层结构的最外侧。具体地，所述纯单晶金刚石层1的层数为3层，所述掺氮单晶金刚石层2的层数为2层。具体地，所述纯单晶金刚石层1和掺氮单晶金刚石层2的厚度相等。具体地，所述纯单晶金刚石层1和掺氮单晶金刚石层2通过交替生长所得，中间会有过渡层，用于保证二者的结构之间连接紧密。实施例一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构的制备过程如下：采用微波等离子体化学气相沉积设备，以氢气、甲烷、氮气作为反应气体通入到反应腔室中，在一定的工作气压和衬底温度条件下，实现复合层单晶金刚石的外延生长。在复合层单晶金刚石生长过程中，通过气体流量计来控制通入反应腔室内气体的流量。氢气、甲烷、氮气在进入反应腔室前进行了均匀混合。其中，氢气、甲烷的通入方法为固定值通入，氮气的通入方法为间断期间通入。具体步骤如下：(1)选取籽晶，选择长宽1-10mm的单晶金刚石片作为籽晶；(2)籽晶清洁处理，采用丙酮、酒精等易挥发液体清洗籽晶表面的有机物等杂质，然后烘干；(3)将籽晶放置入微波等离子体CVD设备腔体中，然后抽本底真空至1*10-4Pa以内，然后通入1-1000sccm氢气，输入能量(包括热丝、微波、直流等)，产生放电，调整籽晶温度至600-800℃，处理1-120min；(4)通入甲烷、氮气进行生长，籽晶温度控制在800-1000℃，总生长时间为T小时，均分为四个阶段，其中第一阶段氮气浓度一定，第二阶段关闭氮气，第三阶段加入氮气生长，第四阶段关闭氮气生长，生长结束；(5)生长结束后取出金刚石片，采用激光切割进行处理，切除金刚石四周多晶，然后进行纵向分切，分离复合层单晶片与籽晶，之后进行双面抛光，获得复合层单晶金刚石产品。以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用于限制本技术，凡在本技术的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构，包括纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层，其特征在于：所述纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层交错分布，所述纯单晶金刚石层位于复合层结构的最外侧。

【技术特征摘要】
1.一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构，包括纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层，其特征在于：所述纯单晶金刚石层和掺氮单晶金刚石层交错分布，所述纯单晶金刚石层位于复合层结构的最外侧。2.根据权利要求1所述的一种能增强单晶金刚石韧性的复合层结构，其特征在于：所述纯单晶金刚石层的层数比所述掺氮单晶金刚石层的层数多1...

【专利技术属性】
技术研发人员：武迪，郑大平，朱瑞，杨明，徐元成，
申请(专利权)人：湖北碳六科技有限公司，
类型：新型
国别省市：湖北,42