[发明专利]一种利用热等离子体在金刚石表面制备高结合强度碳化物涂层的方法

说明书

一种利用热等离子体在金刚石表面制备高结合强度碳化物涂层的方法，涉及一种在金刚石表面制备涂层的方法。目的在于解决现有方法在金刚石表面制备的碳化物涂层存在碳化物涂层不均匀致密、厚度难调控、结合强度低的问题。方法：称取一定质量的具有金属镀层的金刚石粉，清洗与干燥，将金刚石粉输送至热等离子体反应器中进行热等离子体处理。本发明利用热等离子体作为高温热源能够在金刚石表面生成致密的碳化物涂层，抑制了金刚石表层的石墨化倾向，涂层覆盖率大于95％，可以通过对金属镀层厚度的控制实现对碳化物涂层厚度的调控。本发明适用于在金刚石表面制备碳化物涂层。

技术领域

本发明涉及一种在金刚石表面制备涂层的方法。

背景技术

金刚石具有非常优异的综合热物理性能，其热导率在室温下为700～2200W/(m·K)，热膨胀系数为0.8×10^-6/K，通常作为一种十分理想的增强相，与铜、铝等高导热基体结合为新型的电子封装复合材料。但是。金刚石与铜、铝等金属基体之间的润湿性很差，无法形成紧密的界面结合，易脱粘。此外，在复合材料制备过程中，金刚石易与铝发生界面反应生成易水解的Al₄C₃相，从而对复合材料的综合性能带来不利的影响。目前，金刚石表面涂层处理是复合材料界面调控最有效的方法，文献报道的界面涂层包括Ti、W等金属涂层及TiC、WC等碳化物涂层。相对于Ti、W等金属涂层，TiC、WC等碳化物涂层在高温下具备更高的稳定性，不易于溶解入基体金属中，同时与基体金属拥有更高的结合强度，是一类更为有效的涂层。

目前，金刚石表面碳化物涂层的制备往往通过高温扩散反应的方法，在高温下促使W、Ti等金属与金刚石发生反应，在金刚石表面生成一层碳化物涂层，这种方法难以控制反应的速率，生成的碳化物涂层存在不均匀致密、厚度难以调控的问题。同时由于碳化物的形成温度往往较高、碳原子在Ti、W等金属中的扩散速率相对较慢等原因，这类方法往往需要在高温下进行长时间的停留，而金刚石表面在高温下易发生石墨化的转变，长时间的高温处理将在金刚石表面形成一层石墨层，这对复合材料的界面结合强度具有不利的影响，从而降低复合材料的综合性能。因此，开发出一种在金刚石表面涂覆一层致密均匀的、厚度可调控的、高结合强度的碳化物涂层的方法，是充分利用金刚石优异性能的重要技术。

发明内容

本发明的目的在于解决现有方法在金刚石表面制备的碳化物涂层存在碳化物涂层不均匀致密、厚度难调控、结合强度低的问题，提出一种利用热等离子体在金刚石表面制备高结合强度碳化物涂层的方法。

本发明利用热等离子体在金刚石表面制备高结合强度碳化物涂层的方法按以下步骤进行：

一、称料：

称取一定质量的具有金属镀层的金刚石粉；

步骤一所述的金属镀层为W、Ti、Cr、Mo中的一种；

二、清洗与干燥：

将金刚石粉置于去离子水中，利用超声机进行超声清洗，然后置于真空干燥箱中进行干燥；

其中超声清洗的目的是使金刚石表面清洗充分，去除金刚石表面油污及空气中吸附的杂质；真空干燥的目的是去除金刚石表面吸附的氧及水蒸气，避免后续处理过程中发生副反应生成杂质；

三、将步骤二得到的金刚石粉输送至热等离子体反应器中进行热等离子体处理；

金刚石粉经由载气通过加料枪喷入热等离子体反应器中的等离子体炬中，在温度高达10⁴K的稳定高温区被热等离子体加热后随气进入冷却区，在极高的温度梯度下迅速冷却进入分离装置，最终得到表面涂覆碳化物涂层的金刚石粉；