一种金刚石制品及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种金刚石制品及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：S1.在清洁后的衬底表面沉积一层DLC膜，所述DLC膜的厚度为0.1～4μm；S2.将步骤S2的衬底置于化学气相沉积炉中，通入H2和甲烷，沉积金刚石；S3.去除步骤S2中的衬底，即得金刚石制品。所述制备方法能够提高沉积速率、拓宽衬底的选择。拓宽衬底的选择。拓宽衬底的选择。

【技术实现步骤摘要】
一种金刚石制品及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及金刚石
，更具体地，涉及一种金刚石制品及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金刚石具有硬度高、低摩擦系数、极高的热导率、良好的自润滑性和化学稳定性等优异性能，因此作为一种耐磨、减摩和保护性涂层材料比较常见。相比于铜合金而言，金刚石具有极高的热导率，导热系数是铜的6倍，而目前热交换器导热元器件由铜合金制备而成，因此，若将金刚石作为热交换器元器件材料，具有优异的导热效率。但是目前关于金刚石的的制备会面临如下问题，一方面衬底材料中含有钴和铁元素，在制备金刚石的过程中，容易石墨化降低金刚石的品质，对于钢铁合金的衬底是完全不能使用；另一方面，直接在衬底材料制备金刚石层沉积速率太低。现有技术中不能将金刚石制品的厚度做的很厚，且难以获得具有几百微米厚度的金刚石管，中国专利(CN111499410A)就公开了一种碳化硅基金刚石涂层的制备方法，该方案是通过对碳化硅基体进行预处理，例如采用酸处理和碱处理脱除钴元素含量防止其发生石墨化。但是这种方法比较复杂且衬底只能使用碳化硅，通过增加表面粗糙度和衬底表面官能化提高形核位点，但是通过这种方式提高形核位点对于仅仅是制备厚度比较薄的金刚石层也是可以的，若是要制备厚度比较厚金刚石则会出现沉积时间过长，严重影响了沉积速率。

技术实现思路

[0003]本专利技术为克服上述衬底选择单一、沉积速率较慢的缺陷，提供一种金刚石制品的制备方法。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供所述金刚石制品。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供所述金刚石的应用。
[0006]为实现上述问题，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种金刚石制品的制备方法，包括如下步骤：
[0008]S1.在清洁后的衬底表面沉积一层DLC膜，所述DLC膜的厚度为0.1～4μm；
[0009]S2.将步骤S2的衬底置于化学气相沉积炉中，通入H2和甲烷，沉积金刚石；
[0010]S3.去除步骤S2中的衬底管，即得金刚石。
[0011]专利技术人经过研究发现，若在衬底管表面先沉积一层DLC膜，由于DCL中碳原子也是SP3杂化，可以作为制备金刚石过程中的晶种层，大幅度提高沉积速率。另一方面，DLC膜作为致密的薄膜可以阻挡衬底中钴元素或者铁元素对金刚石石墨化的影响，防止其产品质量降低，因此也拓宽了衬底材料的选择。
[0012]所述DLC膜的厚度不能小于0.1μm，小于0.1μm不能提高沉积速率；也不能大于4μm，若大于4μm则会出现DLC层脱落的情况导致不能制成金刚石。
[0013]所述金刚石制品包括但不限于金刚石管、金刚石涂层。
[0014]步骤S1中所述清洁过程经过除油、烘干处理。
[0015]优选地，所述DLC膜的厚度为0.5～3μm。
[0016]当所述DLC膜的厚度在0.5～3μm之间具有更好的沉积速率。
[0017]优选地，所述步骤S2中沉积温度为850℃～1000℃。
[0018]当所述沉积温度在这个范围时，能够实现沉积效率与能耗有效匹配。
[0019]优选地，所述步骤S2中氢气流量为0.8L/min～1.5L/min。
[0020]所述氢气流量在这个范围时，有效活化基体及促进SP2键向SP3键转变；
[0021]优选地，所述步骤S2中甲烷流量为0.1L/min～0.5L/min。
[0022]获得高纯度的SP3键，流量过低，形核率低；过高，增加SP2键含量，促进金刚石层石墨化。
[0023]优选地，所述步骤S2中气体的压力为4000Pa～8000Pa。
[0024]优选地，所述步骤S1中去除衬底的方法为腐蚀方法。
[0025]所述腐蚀包括但不限于化学腐蚀和电化学腐蚀。
[0026]优选地，所述步骤S1中所述衬底的材质为钢铁合金、陶瓷或硬质合金中的一种。
[0027]所述陶瓷衬底是Si3N4或SiC。
[0028]一种金刚石管，由所述金刚石制品的制备方法制备得到。
[0029]所述金刚石管在热交换器中的应用。专利技术人发现将金刚石管应用在热交换器中能够提高热交换效率。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031]本专利技术提供了一种金刚石制品及其制备方法和应用，专利技术人在衬底表面先沉积一层DLC膜，一方面所述DLC膜作为晶种层提高沉积速率。另一方面，DLC膜作为致密的薄膜可以阻挡衬底中钴元素或者铁元素对金刚石石墨化的影响，防止其产品质量降低，因此也拓宽了衬底材料的选择。
附图说明
[0032]图1为实施例1制备的DLC管图。
具体实施方式
[0033]下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0034]本专利技术所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本
常规试剂、方法和设备。
[0035]实施例1
[0036]实施例提供一种金刚石制品的制备方法，包括如下步骤：
[0037]S1.将清洁的陶瓷衬底管放入PVD炉内，当PVD炉的真空室的本底真空度为小于1
×
10
‑3Pa时，通入乙炔并控制流量在150～300sccm，气压为2.0Pa，基体负偏压为
‑
50V，石墨靶电流以此是6A，沉积时间沉积2h，制备DLC膜，表面沉积一层DLC膜，所述DLC膜的厚度为2μm；
[0038]S2.将步骤S1的衬底置于化学气相沉积炉中，通入H2和甲烷，沉积金刚石；氢气流量为1.0L/min；甲烷流量为0.2L/min；沉积温度为900℃；沉积时间为100h；气体压力为
5000Pa。
[0039]S3.通过化学腐蚀去除步骤S2中的衬底管，即得金刚石管；浸泡在浓度30％以上的氢氟酸水溶液中，至到陶瓷基体完全溶解为止。所述金刚石管的厚度为951μm。
[0040]实施例2
[0041]以钢铁合金管为衬底材料，其他制备方法同实施例1，去除衬底材料相应的采用电化学腐蚀，所述金刚石管的厚度为920μm。
[0042]实施例3
[0043]以硬质合金管为衬底材料，其他制备方法同实施例1。去除衬底材料相应的采用电化学腐蚀，所述金刚石管的厚度为935μm。
[0044]实施例4～7和对比例1～2
[0045]实施例4～7和对比例1～2提供一系列金刚石制品，制备方法同实施例1，其区别在于见表1。
[0046]表1实施例4～7和对比例1～2的参数
[0047][0048]对比例3
[0049]对比例提供了一种金刚石制品，制备方法同实施例1，其区别在于，没有制备成DLC膜。
[0050]对比例4
[0051]对比例提供了一种金刚石制品，制备方法同实施例1，其区别在于，用酸处理和碱处理衬底表面替代制成DLC膜。
[0052]上述实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金刚石制品的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.在清洁后的衬底表面沉积一层DLC膜，所述DLC膜的厚度为0.1～4μm；S2.将步骤S2的衬底置于化学气相沉积炉中，通入H2和甲烷，沉积金刚石；S3.去除步骤S2中的衬底，即得金刚石。2.根据权利要求1所述金刚石制品的制备方法，其特征在于，所述DLC膜的厚度为0.5～3μm。3.根据权利要求1所述金刚石制品的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中沉积温度为850℃～1000℃。4.根据权利要求1所述金刚石制品的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中氢气流量为0.8L/min～1.5L/min。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汪林，黄勇浩，陈占祥，王成勇，伍达尧，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：