【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高性能超硬材料加工成形领域，尤其是煤基金刚石/碳化硅涂层与复合材料制备方法。
技术介绍
1、金刚石是目前已知的自然界中硬度最高的物质，其热导率也是目前已知物质中最高的，同时是一种宽禁带材料，电绝缘体，具备极好的抗腐蚀性。碳化硅具有较低的热膨胀系数、优良的导热性能、较高的弹性模量和高度的尺寸稳定性，将金刚石和碳化硅二者结合得到的金刚石/碳化硅复合材料具有超高硬度和比刚度，同时具有优异的热稳定性、耐磨性能等，有望在精密仪器领域作为测量量规、精密轴承、机械密封部件材料，在热管理领域作为电子封装材料，在光学构件领域作为半导体晶圆卡盘、高稳定性的光学基板和用于高功率激光器的高速激光扫描镜等。
2、目前，金刚石/碳化硅复合材料多采用金刚石微粉(碳源)与硅粉(或者聚碳硅烷，作为硅源)，在一定温度和压力下转化为金刚石/碳化硅复合材料。公告号为cn110698202b的中国专利技术专利《金刚石-碳化硅复合材料及其制备方法和应用》，提出了两步法制备金刚石-碳化硅复合材料，即采用金刚石、硅粉、石墨和粘结剂为原料，首先在激光辐照下实现选区烧结，进一步熔渗硅实现残余石墨化碳结构的充分反应转化为碳化硅。但是该方法使用金刚石原料，与碳化硅之间由于一定间距，难以形成有效的化学键连接，影响复合材料导热及力学性能的提升；此外，如需制备大尺寸金刚石/碳化硅复合材料，需要投入大量的金刚石原材料，因而工艺成本较高。
技术实现思路
1、为在金刚石/碳化硅涂层、复合材料内部实现两相材料化学键的形成，本
2、本专利技术碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层与复合材料，金刚石/碳化硅涂层的制备方法如下所述步骤：
3、第一步：将超纯煤、纳米硅粉、异丙醇进行球磨混合，烘干得到纳米级超纯煤/纳米硅混合粉料；
4、第二步；将纳米级超纯煤/纳米硅混合粉料按照一定配比加入异丙醇，进行磁力搅拌，获得煤/纳米硅分散液体；
5、第三步：将获得的纳米级超纯煤/纳米硅/异丙醇分散液，通过旋涂、流延或者涂布方式，在平整的金属、玻璃、陶瓷或其他材料工件或基板表面制备一层煤/纳米硅涂层。
6、第四步：待煤/纳米硅涂层干燥后，在其上表面覆盖一层镀膜石英玻璃，采用大脉冲能量红外纳秒激光透过镀膜石英玻璃辐照在煤/纳米硅涂层上，移动辐照后转化为金刚石/碳化硅涂层。
7、本专利技术碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层与复合材料，金刚石/碳化硅复合材料的制备方法如下所述步骤：
8、第一步：将超纯煤、纳米硅粉、异丙醇进行球磨混合，烘干得到纳米级超纯煤/纳米硅混合粉料；
9、第二步；将纳米级超纯煤/纳米硅混合粉料按照一定配比加入异丙醇，进行磁力搅拌，获得煤/纳米硅分散液体；
10、第三步：将获得的纳米级超纯煤/纳米硅/异丙醇分散液，通过旋涂、流延或者涂布方式，在平整的金属、玻璃、陶瓷或其他材料工件或基板表面制备一层煤/纳米硅涂层。
11、第四步：待煤/纳米硅涂层干燥后，在其上表面覆盖一层镀膜石英玻璃，采用大脉冲能量红外纳秒激光透过镀膜石英玻璃辐照在煤/纳米硅涂层上，移动辐照后转化为金刚石/碳化硅涂层。
12、第五步：在金刚石/碳化硅涂层表面再次旋涂制备一层煤/纳米硅涂层，在其上表面覆盖一层镀膜石英玻璃，采用大脉冲能量红外纳秒激光透过镀膜石英玻璃辐照在煤/纳米硅涂层上，移动辐照后转化为金刚石/碳化硅涂层，重复第五步操作，可以逐层叠加并在激光热冲击下每层之间通过化学键连接，最终获得一定层厚的金刚石/碳化硅复合材料。
13、本专利技术的有益效果为：
14、(1)采用煤和纳米硅作为碳源和硅源，在激光诱发等离子体作用下，快速转化为碳化硅结构，进而作为煤制金刚石的模板，仿照四面体结构生长并大量转化为金刚石结构，碳化硅起到了籽晶作用，可以代替成本高的金刚石籽晶，在金刚石材料生产方面发挥作用；
15、(2)煤和纳米硅在在激光诱发等离子体作用下生成的碳化硅与金刚石之间通过碳硅共价键连接，且通过金刚石/碳化硅涂层逐层堆叠形成金刚石/碳化硅复合材料，层间可以在热力作用下形成化学键作用，因而可以增强金刚石/碳化硅涂层及复合材料的力学性能、导热性能等；
16、(3)通过设计优化每层形状与尺寸，经过金刚石/碳化硅涂层逐层堆叠方式，可以增材制造金刚石/碳化硅复合材料三维制品，对于复杂结构的金刚石/碳化硅复合材料成形，可突破成形模具的结构限制，实现高性能金刚石/碳化硅复合材料制品高效制造。
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1.一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层制备方法，其特征在于，包括：
2.一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料制备方法，其特征在于：碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合制备方法包括的步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层制备方法，以及权利要求2所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料制备方法，其特征在于：超纯煤采用低变质程度的烟煤等，包括但不限于长焰煤、焦煤、气煤等，煤的纯度达到99wt％以上，纳米硅粉可以是单晶硅、多晶硅，纳米硅粉的粒径在5-30nm。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层制备方法，以及权利要求2所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料制备方法，其特征在于：将超纯煤、纳米硅粉、异丙醇、钢球按照一定配比置入球磨机内，球磨混合，超纯煤、纳米硅粉、异丙醇、钢球的配比范围为：质量比为(10-14):1:(12-14):(35-38)。
5.根据权利要求1所述的一种碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层
6.根据权利要求1所述的一种碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层制备方法，以及权利要求2所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料制备方法，其特征在于：采用大脉冲能量激光透过镀膜石英玻璃辐照在煤/纳米硅涂层上，大脉冲能量激光可以是纳秒激光，也可以是皮秒和飞秒激光。可以通过振镜方式实现激光移动辐照，也可以激光辐照点固定，将拟镀层工件或者基板固定在三维运动平台上；石英玻璃通过上下两面镀膜实现一定波段激光的超高透过率(透过率超过99.9％)，石英玻璃的厚度大于2mm；采用红外纳秒激光时，其单脉冲能量大于200mJ，脉宽10ns以上，频率10Hz以上，光斑直径20-50μm，聚焦辐照；采用紫外纳秒准分子激光时，其单脉冲能量高于300mJ，脉宽10ns以上，频率10Hz以上。皮秒激光单脉冲能量高于1mJ，飞秒单脉冲能量需高于100μJ。
7.根据权利要求1所述的一种碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层制备方法，以及权利要求2所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料制备方法，其特征在于：拟镀层工件或者基板具有一定的硬度，耐受1～20GPa的局部冲击高压。
8.一种碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层，其特征在于，所述碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层采用权利要求1，3-7中任一项所述的方法制备得到。
9.一种碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料，其特征在于，所述碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料采用权利要求2-7中任一项所述的方法制备得到。
...【技术特征摘要】
1.一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层制备方法，其特征在于，包括：
2.一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料制备方法，其特征在于：碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合制备方法包括的步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层制备方法，以及权利要求2所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料制备方法，其特征在于：超纯煤采用低变质程度的烟煤等，包括但不限于长焰煤、焦煤、气煤等，煤的纯度达到99wt％以上，纳米硅粉可以是单晶硅、多晶硅，纳米硅粉的粒径在5-30nm。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层制备方法，以及权利要求2所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料制备方法，其特征在于：将超纯煤、纳米硅粉、异丙醇、钢球按照一定配比置入球磨机内，球磨混合，超纯煤、纳米硅粉、异丙醇、钢球的配比范围为：质量比为(10-14):1:(12-14):(35-38)。
5.根据权利要求1所述的一种碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅涂层制备方法，以及权利要求2所述的一种碳化硅模板诱导煤基金刚石/碳化硅复合材料制备方法，其特征在于：在平整的金属、玻璃、陶瓷或其他材料的基板表面制备一层煤/纳米硅涂层，采用旋涂、流延、刮涂等制备涂层方式，在表面制备煤/纳米硅涂层，涂层厚度在0.5-1.0mm。
6.根据权利要求1所述的一种碳化硅模板诱导碳化硅模板诱导煤基金刚石/...
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