[发明专利]一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法

权利要求书

1.一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：不锈钢样品的前处理：对不锈钢样品进行砂纸打磨，用丙酮进行超声处理，烘干备用；

S2：在不锈钢表面沉积Cr/CrSiN薄膜：将S1步骤中的不锈钢样品装入磁控溅射设备的样品台中，将Cr、Si靶材安装到靶座上，在不锈钢基底表面沉积Cr膜及CrSiN薄膜，得到含Cr/CrSiN过渡层的不锈钢样品；

S3：在不锈钢表面沉积金刚石薄膜：将S2步骤中得到的含Cr/CrSiN过渡层的不锈钢样品超声种晶，利用热丝CVD进行沉积金刚石薄膜，实现在含Cr/CrSiN为过渡层的不锈钢表面上制备金刚石薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于：所述S2步骤中在不锈钢表面沉积Cr/CrSiN薄膜的具体过程如下：将S1步骤处理后的不锈钢样品装入磁控溅射仪的样品台上，将Cr、Si靶材安装到靶座上，关闭真空室，抽真空至气压低于3.0×10^-3 Pa，打开基片加热电源，通入氩气，通过控制闸板阀至气压为2-10 Pa，打开铬靶挡板、电源，进行启辉，调节工作气压至0.2-1.0Pa，沉积Cr膜，待Cr膜沉积完成后，打开Si靶挡板和电源，再通入氮气，在氮气和氩气混合气氛中沉积CrSiN薄膜，沉积完成后，关闭电源、氩气、氮气，放气后，取出得到含Cr/CrSiN过渡层的不锈钢样品。

3. 根据权利要求2所述的一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于：沉积Cr膜过程中沉积气压为0.2-1.0Pa，不锈钢样品基底温度为200-400℃，Cr靶功率为90-110W，优选为100W，沉积时间10-30 min，Cr层厚度为0.1-0.4 µm。

4.根据权利要求2所述的一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于：沉积CrSiN薄膜过程中氮气和氩气流量比为0.46-0.64，Cr靶功率为90-105W，Si靶功率为45-55W，优选Cr靶功率为100W，Si靶功率为50W，沉积CrSiN薄膜时间为50-120min。

5.根据权利要求2所述的一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于：沉积的CrSiN薄膜中N含量为44.0-48.0 at.%，Si含量为7-11at.%，CrSiN薄膜厚度为0.8-1.9 µm。

6.根据权利要求1所述的一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于：所述S3步骤中的不锈钢表面沉积金刚石薄膜具体过程包括如下步骤：

（1）将S2步骤得到的含Cr/CrSiN过渡层的不锈钢样品放入含金刚石和氧化铝的丙酮悬浮液内超声10-60 min，取出吹干备用；

（2）将吹干的含Cr/CrSiN过渡层放入CVD炉中，抽真空并通入氢气和碳源，打开电源，利用热丝CVD进行金刚石薄膜沉积。

7.根据权利要求6所述的一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于丙酮悬浮液中，丙酮的体积与金刚石、氧化铝的质量比为10：0.09-0.11：0.09-0.11，优选为10：0.1：0.1，体积单位为 ml，质量单位为g，金刚石的平均粒径0.25 µm，氧化铝的平均粒径63µm。

8.根据权利要求6所述的一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于：所述碳源为丙酮，以氢气为载气采用鼓泡法引入，步骤（2）中的氢气分为两路引入，一路纯氢气气体直接通入CVD炉，另一路作为载气经丙酮溶液将丙酮一起通入CVD炉，纯氢气与氢气载气的流量比为180-220：80，优选为200：80。

9.根据权利要求6所述的一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于：金刚石薄膜的沉积过程如下：先以1800-1900 W沉积10-30 min，再以1600-1700 W沉积20-60min，沉积完成后，关闭电源，冷却、打开真空室、取出得到产品。

10.根据权利要求6所述的一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于：热丝高度为18-22mm，优选为20mm，气压为1.6-3kPa，金刚石薄膜厚度0.4-1.1µm，涂层总厚度小于3.1µm。