一种高透耐磨透光材料及其制备方法以及应用技术

本申请涉及金刚石膜层制备技术领域，具体而言，涉及一种高透耐磨透光材料及其制备方法以及应用。高透耐磨透光材料的制备方法包括在透光基底表面形成非晶碳膜得到中间体，然后通过热丝化学气相沉积方式在中间体的非晶碳膜表面沉积金刚石膜。先在透光基底上形成非晶碳膜，非晶碳膜有利于提高后续金刚石膜的形核率，导致形成的金刚石膜的晶粒尺寸较小，使得形成的金刚石膜的表面粗糙度显著降低，有利于提高透光材料的光学性能；同时采用热丝化学气相沉积法在非晶碳膜表面沉积金刚石膜，可以提高金刚石膜的沉积效率以及形核速率，以使得金刚石膜的厚度可以显著降低，实现制得超薄、透光率高、化学稳定性高以及耐磨性高的透光材料。料。料。

【技术实现步骤摘要】
一种高透耐磨透光材料及其制备方法以及应用


[0001]本申请涉及金刚石膜层制备
，具体而言，涉及一种高透耐磨透光材料及其制备方法以及应用。

技术介绍

[0002]透光材料具有良好的光学性能，在实际生产生活中有许多应用场景，如飞行器的整流罩与窗口、光学透镜、海洋勘探、生物医学、屏幕以及透明电极等，这些应用有着不同的环境因素所以对透光材料的化学惰性以及机械强度等性能有着一定的要求。现有的透光材料难以同时满足包括高透明度、防腐蚀、高耐磨性以及高机械强度等要求。
[0003]纳米金刚石薄膜是一类主要由细小的sp3杂化金刚石晶粒构成的晶体材料，纳米金刚石薄膜由于其高硬度、低表面粗糙度、高热导率、高电阻率、高透明度、高化学惰性以及良好的生物相容性等优良性能使得其可以用于附着于透光基底的表面以满足透光材料对高透明度、防腐蚀、高耐磨性以及高机械强度等要求。
[0004]但是，现有的附着于透光基底表面的金刚石膜的制备工艺复杂且制备困难，无法实现大规模生产；同时，透光基底不利于金刚石膜的形核，造成制备的金刚石膜的表面粗糙度较高，进而导致制得的透光材料的光学性能下降，因此需要对金刚石膜表面进行表面抛光处理以满足光学性能，成本高；且一般制成的金刚石膜层较厚，无法满足对超薄金刚石膜层的要求。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种高透耐磨透光材料及其制备方法以及应用，其旨在改善现有的在透光基底表面附着的金刚石膜的表面粗糙度较高、膜层较厚以及光学性能不佳的技术问题。
[0006]本申请第一方面提供一种高透耐磨透光材料的制备方法，包括在透光基底表面形成非晶碳膜得到中间体，然后通过热丝化学气相沉积方式在中间体的非晶碳膜表面沉积金刚石膜。
[0007]本申请采用先在透光基底上形成非晶碳膜，然后采用热丝化学气相沉积方式在非晶碳膜表面沉积金刚石膜的方式制备高透耐磨透光材料。非晶碳膜有利于提高后续金刚石膜的形核率，导致形成的金刚石膜的晶粒尺寸较小，使得形成的金刚石膜的表面粗糙度显著降低，有利于提高透光材料的光学性能，可以省去高成本的表面抛光处理步骤；同时，采用热丝化学气相沉积法在非晶碳膜表面沉积金刚石膜，可以提高金刚石膜的沉积效率以及形核速率，以使得金刚石膜的厚度可以显著降低，实现制得超薄、透光率高、化学稳定性高以及耐磨性高的透光材料。
[0008]本申请第二方面提供一种采用上述第一方面提供的高透耐磨透光材料的制备方法制得的高透耐磨透光材料。
[0009]本申请提供的高透耐磨透光材料表面的金刚石层厚度较薄，具有透光率高、化学
稳定性高以及耐磨性高等优势。
[0010]本申请第三方面提供一种上述第二方面提供的高透耐磨透光材料在用于制备电子产品屏幕、光学镜头、观察窗口、发射器、接收器以及装饰品中的任意一种中的应用。
[0011]可选地，电子产品包括手机、电脑以及游戏机中的至少一种。
[0012]本申请提供的高透耐磨透光材料具有厚度薄、透光率高、化学稳定性高以及耐磨性高等优点，在电子产品屏幕、光学镜头、观察窗口、发射器、接收器以及装饰品中具有良好的应用前景。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0014]图1示出了本申请提供的高透耐磨透光材料的结构示意图。
[0015]图2示出了本申请实施例1制得的透光材料的SEM图。
[0016]图3示出了本申请实施例1制得的透光材料的可见光Raman图。
[0017]图4示出了本申请对比例2制得的透光材料的可见光Raman图。
[0018]图5示出了本申请实施例1以及对比例1制得的透光材料的外观对比图。
[0019]图6示出了本申请实施例1以及对比例1制得的透光材料的透过率图。
[0020]图标：100
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高透耐磨透光材料；110
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透光基底；120
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非晶碳膜；130
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金刚石膜。
具体实施方式
[0021]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0022]下面对本申请实施例提供的一种高透耐磨透光材料及其制备方法以及应用进行具体说明。
[0023]本申请提供一种高透耐磨透光材料的制备方法，包括：在透光基底表面形成非晶碳膜得到中间体，然后通过热丝化学气相沉积方式在中间体的非晶碳膜表面沉积金刚石膜。
[0024]金刚石膜主要分为单晶金刚石膜、多晶金刚石膜以及纳米晶金刚石膜。单晶金刚石膜具有优异的机械性能，但是单晶金刚石膜制备困难，导致无法大规模生产。多晶金刚石膜具有较佳的机械性能，但其在透光基底上的形核率较低，金刚石膜厚度较厚，表面粗糙度较高，导致多晶金刚石膜的光学性能下降。纳米晶金刚石膜具有较低的表面粗糙度，但是结晶度较低，导致纳米晶金刚石膜的光学性能降低。现有技术中，在透光基底表面直接沉积金刚石膜制得材料的光学性能均不理想。
[0025]专利技术人研究发现，采用本申请提供的高透耐磨透光材料的制备方法先在透光基底上形成非晶碳膜然后在热丝化学气相沉积(HFCVD)方式在非晶碳膜表面沉积金刚石膜，不
仅可以降低金刚石膜的表面粗糙度和厚度(金刚石膜层厚度可以低至35nm以下)，还能够保证制得的透光材料的光学性能较佳。本申请提供的高透耐磨透光材料的制备工艺简单易行，不需要选择特殊材料的透光基底也无需对透光基底进行特殊处理，适用于大批量生产，可以应用于多种电子产品的屏幕、光学镜头、观察窗口、发射器、接收器以及装饰品等。
[0026]先在透光基底上形成非晶碳膜，非晶碳膜有利于提高后续沉积形成金刚石膜的形核率，形核率提升，导致形成的金刚石膜的晶粒尺寸较小，多晶粒同时生长有助于更快地形成覆盖于透光基底表面的完整金刚石膜，进而降低形成的金刚石膜的厚度；晶粒尺寸越小也会使得形成的金刚石膜的表面粗糙度显著降低，有利于提高透光材料的光学性能，可以省去高成本的对金刚石膜的表面抛光处理步骤。同时，采用热丝化学气相沉积法在非晶碳膜表面沉积金刚石膜，可以提高金刚石膜的沉积效率、形核速率以及沉积面积，以使得金刚石膜的厚度可以显著降低，进而实现制得超薄、透光率高、化学稳定性(例如耐腐蚀性能等)高以及耐磨性(例如防划伤性能等)高的透光材料；此外，采用本申请的制备工艺制得的高透耐磨透光材料的透光基底与其表面膜层的结合强度高，具有较高的结构稳定性，附着于透光基底表面的膜层不易剥离。
[0027]在本实施例中，透光基底选自相变温度≥600℃的透明本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高透耐磨透光材料的制备方法，其特征在于，包括：在透光基底表面形成非晶碳膜得到中间体，然后通过热丝化学气相沉积方式在所述中间体的所述非晶碳膜表面沉积金刚石膜。2.根据权利要求1所述的高透耐磨透光材料的制备方法，其特征在于，所述非晶碳膜为类金刚石膜。3.根据权利要求1所述的高透耐磨透光材料的制备方法，其特征在于，所述非晶碳膜通过磁控溅射方式或化学气相沉积方式形成。4.根据权利要求3所述的高透耐磨透光材料的制备方法，其特征在于，所述非晶碳膜通过等离子体增强化学气相沉积方式形成；制备所述中间体的步骤包括：真空条件下，将所述透光基底于非晶碳膜原料气中进行第一沉积反应；其中，所述非晶碳膜原料气包括第一碳源气体和氢气；所述第一沉积反应的温度为500
‑
600℃，所述第一沉积反应的激发功率为150
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250W；可选地，所述第一碳源气体包括甲烷、乙烷、乙炔、苯以及丁烷中的至少一种。5.根据权利要求1所述的高透耐磨透光材料的制备方法，其特征在于，所述通过热丝化学气相沉积方式在所述中间体的所述非晶碳膜表面沉积金刚石膜的步骤包括：真空条件下，将所述中间体置于垫片上，通入金刚石膜原料气进行第二沉积反应；其中，所述金刚石膜原料气包括第二碳源气体和氢气；所述第二沉积反应的热丝功率为5000
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8000W，所述第二沉积反应的气压为1000
‑
2000Pa；可选地，所述第二沉积反应的沉积时间为10
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90min。6.根据权利要求5所述的高透耐磨透光材料的制备方法，其特征在于，所述第二碳源气体包括甲烷、乙烷、乙炔、苯以及丁烷中的至少一种；可选地，所述第二碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓飞，陈彦延，邬苏东，梁文俊，任富增，赵予生，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：