[发明专利]在玻璃基片表面磷酸基硅烷-氮化钛复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合薄膜的制备方法，具体涉及一种在玻璃基片表面磷酸基硅烷—氮化钛复合薄膜的制备方法。

背景技术

现代机械科学的发展出现机电一体化、超精密化和微型化的趋势，许多高新技术装置的摩擦副间隙常处于纳米量级，由于微型机械受到尺寸效应的影响，故微摩擦磨损和纳米薄膜润滑已成为关键问题，目前可以通过自组装方法在单晶硅基片表面制备自组装膜，来改善单晶硅基片表面的减摩抗磨性。与其它的制备薄膜技术相比，自组装薄膜技术具有可操作性、适应性强，具有广泛的应用前景，自组装薄膜的摩擦性能的研究已经成为摩擦学领域的前沿课题之一。

氮化钛具有奇特的电学性能、超强的力学性能、很好的吸附性能，因而在材料领域引起了极大重视。但是，氮化钛径向的纳米级尺寸和高的表面能导致其容易团聚，分散性较差，降低了氮化钛的有效长径比。此外，氮化钛在绝大部分溶剂中不溶，湿润性能差，很难与基底形成有效粘结。为了提高氮化钛的分散性并增加其与基底界面的结合力，必须通过对氮化钛的表面改性及基底表面组装活性基团等方法，来提高氮化钛与基底表面之间的界面结合程度，获得摩擦学性能良好的复合膜。

经文献检索发现，公开号为CN1358804A的中国发明专利，介绍了一种固体薄膜表面脂肪酸自组装单分子超薄润滑膜的制备方法，这种方法是在固体表面自组装一层脂肪酸的单分子层。选取易吸附于固体表面的脂肪酸，配制成稀溶液，将制得的陶瓷膜迅速浸入配置好的脂肪酸稀溶液于室温下反应24～48分钟。该方法在制备自组装薄膜的过程中需要24～96小时的时间来配制前驱体溶液，这样使得整个的成膜周期过长，而且在基片处理的过程中没有涉及到具体方法。

发明内容

本发明公开一种在玻璃基片表面磷酸基硅烷—氮化钛复合薄膜的制备方法，其目的在于克服现有的制备自组装薄膜过程成膜周期过长的弊端，本发明不但制备周期短，制备工艺简单，而且自组装成的复合薄膜具有良好的减摩性能。

为实现这一目的，本发明的技术方案中，采用表面经过羟基化的玻璃基片作为基底材料，在其表面采用自组装方法制备氨基硅烷薄膜，然后在适当的反应条件下将氨基硅烷薄膜表面的氨基官能团氧化成磷酸基官能团，再用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)氮化钛分散液在硅烷表面制备含有氮化钛的复合薄膜。

在玻璃基片表面磷酸基硅烷—氮化钛复合薄膜的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

A)将玻璃基片置于体积比98％浓硫酸:30％ H₂O₂＝1:1的溶液中于室温下处理1小时，再用去离子水超声清洗20分钟，放在一个防尘装置内在烘箱中干燥；

B)将处理后的玻璃基片浸入配制好的氨基硅烷溶液中，静置12小时，取出后分别用无水甲醇、去离子水冲洗，然后用氮气吹干置于含有三氯氧化磷和2，3，5—三甲基吡啶的氰化甲烷溶液中反应20分钟，取出后用去离子水冲洗，得到表面附有磷酸基团的薄膜基片。

C)再将氮化钛在室温下按0.05～0.15mg/ml放入N，N-二甲基甲酰胺分散剂，40W超声波分散2～6小时，得到稳定的氮化钛悬浮液；

D)将表面附有磷酸基团的薄膜基片浸入制备好的氮化钛悬浮液中，在20～60℃静置4～16小时，取出用大量去离子水冲洗，冲洗后用氮气吹干，这样就得到表面沉积有改性氮化钛复合薄膜的玻璃基片。

所述的氨基硅烷溶液中氨基硅烷的的体积百分比为0.5～2％，溶剂为无水甲醇。

所述氰化甲烷溶液的组分体积百分比为：三氯氧化磷15～25％，2，3，5—三甲基吡啶15～25％，氰化甲烷50～70％。

本发明在羟基化的玻璃基片上自组装磷酸基硅烷—氮化钛复合薄膜，由于玻璃基片表面已经进行羟基化处理，氨基硅烷分子中含有可水解的活性基团，能够通过化学建Si—O与具有活性基团Si—OH的基底材料相结合，在基底表面形成一层带有氨基基团的硅烷自组装薄膜；将表面组装了氨基硅烷的基片置入含有三氯氧化磷和2，3，5—三甲基吡啶的氰化甲烷溶液中，静置一段时间后，薄膜表面将组装上磷酸基团。再将其置入氮化钛悬浮液后，基片表面将沉积氮化钛。

本发明的优点和积极效果是：采用本发明方法不但制备周期短，制备工艺简单，而且在玻璃基片表面制备的氮化钛复合薄膜具有十分明显的减摩和抗粘着作用，并且还具有良好的抗磨损性能，有望成为微型机械理想的边界润滑膜。

具体实施方式

以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步描述。但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似方法及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

实施例1：