[发明专利]一种金刚石涂层的制备方法及其制备装置

说明书

本发明提供一种金刚石涂层的制备方法，其包括以下步骤：将三聚氰胺溶解于醇溶液中，得到混合溶液；以甲烷和氢气为反应气源，将所述反应气源和所述混合溶液同时通入沉积室中，利用热丝气相沉积法在基体的表面沉积金刚石，得到金刚石涂层。该方法在气相沉积中引入了三聚氰胺和醇溶液，三聚氰胺和醇分解形成NH^‑₃和N⁺，不仅可以有效提高金刚石的生长速率，还可以将沉积在热丝上无定形碳氧化，提高热丝发热效率和使用寿命。同时，本发明还提供一种上述金刚石涂层的制备装置，该装置结构简单，设计合理，适于工业应用。

技术领域

本发明属于超硬材料涂层领域，具体地，涉及一种金刚石涂层的制备方法及其制备装置。

背景技术

随着高新技术的发展，汽车、航空以及航天领域需要质量更轻、性能更佳的材料。这些材料往往具有高硬度、高强度以及耐磨性等特点，如有色金属合金、碳纤维基增强材料、陶瓷材料等。而普通的硬质合金、聚晶立方氮化硼(CBN)以及聚晶金刚石(PCD)等刀具在切割上述材料过程中存在很多不足之处，因此急迫需要一种切割强度高、寿命长、耐磨性高以及加工精度高的刀具，金刚石涂层刀具的出现可以很好的解决以上问题，成为加工刀具中最理想的刀具。因此人们对金刚石涂层刀具的研究也越来越广泛。

目前制备金刚石涂层的方法主要有：热丝化学气相沉积(HFCVD)、微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)、直流等离子体法(DPJCVD)、火焰燃烧法(CFCVD)以及电子增强热丝法(EACVD)等，单纯的化学气相沉积法(CVD)制备金刚石涂层还处在研究阶段，在工业生产上通常采用热丝化学气相沉积方法来制备金刚石涂层刀具。然而利用热丝CVD法制备金刚石涂层，金刚石的生长速率较低，导致制备涂层的周期长、成本高。因此，开发一种可以有效提高金刚石生长速率的金刚石涂层的制备方法具有重要的现实意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种金刚石涂层的制备方法及其制备装置，以解决上述问题。

具体地，本发明采取如下技术方案：

一种金刚石涂层的制备方法，其包括以下步骤：

将三聚氰胺溶解于醇溶液中，得到混合溶液；

以甲烷和氢气为反应气源，将所述反应气源和所述混合溶液同时通入沉积室中，利用热丝气相沉积法在基体的表面沉积金刚石，得到金刚石涂层。

基于上述，得到所述金刚石涂层的步骤包括：将所述反应气源通入所述混合溶液中，并使所述反应气源携带所述混合溶液的蒸汽通入所述沉积室。

基于上述，得到所述混合溶液的步骤包括：在50～70℃条件下，按照所述三聚氰胺和所述醇溶液的质量比为1:(80～140)的比例，将所述三聚氰胺溶解于所述醇溶液中。

基于上述，得到所述混合溶液的步骤中，所述醇溶液为甲醇溶液、乙醇溶液或两者混合。

基于上述，得到所述金刚石涂层的步骤包括：在热丝功率为5～7kW，热丝温度为2000～2500℃，压力为2～4KPa的条件下，将所述反应气源和所述混合溶液的蒸汽同时通入沉积室中，利用热丝气相沉积法在经过预处理的基体的表面沉积金刚石涂层8～12h，得到所述金刚石涂层。

基于上述，所述反应气源中甲烷的体积分数为1.5％～3％。

基于上述，得到所述金刚石涂层的步骤中，所述基体为依次经过喷砂清洗、干燥和化学前处理的硬质合金基体。