[发明专利]一种抗冲击CVD金刚石自支撑材料及制造方法

说明书

本申请公开了一种抗冲击CVD金刚石自支撑材料及制造方法，包括基体和位于所述基体表层的生长层；所述生长层为多层结构，其中，包括相间设置的多个第一晶粒层和第二晶粒层；所述第一晶粒层的晶粒大小大于所述第二晶粒层的晶粒大小。本申请提供的CVD金刚石自支撑材料通过相间设置多个晶粒大小不同的晶粒层，使金刚石的断面呈现细晶粒与粗晶粒交错生长的多层结构，通过多层结构阻断裂纹的延伸，从而提高抗冲击性能和抗断裂强度；通过细晶粒填补粗晶粒层的缺陷，而粗晶粒层又能保持材料的耐磨性，从而在不损失耐磨性的基础上提高抗冲击性能和抗断裂强度。

技术领域

本发明涉及金刚石材料技术领域，尤其涉及一种抗冲击CVD金刚石自支撑材料及制造方法。

背景技术

化学气相沉积(CVD)金刚石自支撑材料作为一种崭新的工程材料，其应用日益广泛。由于其可以从生长基体上取下，进而可用于加工成多种例如钎焊工具、涂层工具、散热片、光学窗口等产品，越来越受到各行业研究人员的关注。

然而，除去制备和加工成本较高外，CVD金刚石自支撑材料独特的力学性能仍然限制其在刀具、钻头等方面的应用和推广。原因在于，通常的CVD金刚石自支撑材料厚度在0.1mm至3mm之间，断面呈柱状晶结构，晶粒大小逐渐变大，成核面最细，生长面最粗，这样的结构容易导致材料的抗冲击性能和抗断裂强度较差。例如，该材料跟聚晶金刚石(PCD)材料相比，抗冲击性能和抗断裂强度相差较大，根本无法满足高冲击性、高应力等应用场景需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种抗冲击CVD金刚石自支撑材料及制造方法，以解决现有技术CVD金刚石自支撑材料抗冲击性、抗断裂强度差等问题。

本申请提供了一种抗冲击CVD金刚石自支撑材料，包括基体和位于所述基体表层的生长层；

所述生长层为多层结构，其中，包括相间设置的多个第一晶粒层和第二晶粒层；所述第一晶粒层的晶粒大小大于所述第二晶粒层的晶粒大小。

可选的，所述第一晶粒层与第二晶粒层的厚度比值为10～5.5:1。

可选的，所述第一晶粒层采用第一生长参数的热丝工艺制造，所述第一生长参数包括氢气流量、甲烷流量、灯丝温度、衬底温度以及生长时长；所述第二晶粒层采用第二生长参数的热丝工艺制造，所述第二生长参数包括流量改变参量、加入气体参量以及时长改变参量。

可选的，所述氢气流量为1000sccm，所述甲烷流量为40sccm，所述灯丝温度为2200-2500℃，所述衬底温度为750-850℃，所述生长时长为2小时；所述流量改变参量包括增加或减少氢气流量或甲烷流量；所述加入气体参量包括加入氩气或氮气；所述时长改变参量包括增加或减少生长时长。

可选的，所述生长层的厚度至少为1mm。

本申请还提供了一种抗冲击CVD金刚石自支撑材料的制造方法，包括：

采用第一生长参数的热丝工艺，在基体表层生长第一晶粒层；

保持第一预设时间后，根据第二生长参数修改热丝工艺，在第一晶粒层的表层生长第二晶粒层；

保持第二预设时间后，回复至第一生长参数的热丝工艺，在第二晶粒层的表层生长第一晶粒层；

在设定总时长内，交替进行所述在第一晶粒层的表层生长第二晶粒层以及在第二晶粒层的表层生长第一晶粒层的步骤。

可选的，所述根据第二生长参数修改热丝工艺的步骤包括：

在热丝工艺中增加甲烷流量，降低灯丝温度及衬底温度。

可选的，所述根据第二生长参数修改热丝工艺的步骤包括：

在热丝工艺中加入氩气，降低氢气流量。