[发明专利]一种手术刀用金刚石薄膜及其制备方法

说明书

一种手术刀用金刚石薄膜及其制备方法，采用热丝化学气相沉积工艺在手术刀具衬底表面制备金刚石薄膜，在CVD沉积过程中通入氢气可以刻蚀并抑制石墨相的生成，然后将金刚石薄膜置于氢气气氛下进行退火处理，并深入探究了氢气流量和基体温度对金刚石薄膜中石墨相含量的影响。另外，发明人还发现在特定条件下进行分段退火可以进一步降低薄膜中的石墨含量，获得质量更高的金刚石薄膜。

技术领域

本发明涉及金刚石薄膜领域，具体涉及一种手术刀用金刚石薄膜及其制备方法。

背景技术

手术刀具是外科手术中不可缺少的重要工具，为了提高纯金属或合金手术刀具的硬度及耐腐蚀性能，通常需要在刀具表面镀覆一层改性薄膜。金刚石是相对硬度最高的材料，其维氏硬度可达100 GPa，并且，人造金刚石薄膜的硬度也已基本达到了天然金刚石的硬度，高硬度的手术刀具可以减轻手术时病人的痛楚，因而，金刚石薄膜现已广泛应用于手术刀具领域中。

化学气相沉积是最为常见的金刚石薄膜制备工艺，采用CVD法制备金刚石薄膜时，不可避免地会形成石墨相导致金刚石薄膜的质量下降。对此，通常在含碳气体中加入氢气以蚀刻并抑制石墨相的生成，但是，该方法始终难以将石墨含量控制在非常理想的范围之内。另外，还存在向反应气体中引入氟、氧、氯等原子以抑制石墨生长的相关文献。但是，由于氢气与氟气、氧气或氯气接触都会迅速发生反应，尤其是氢气和氟气接触甚至可能产生爆炸，这都制约了上述方法的使用。综上所述，如何降低金刚石薄膜中石墨相的含量是当下急需解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种手术刀用金刚石薄膜，该薄膜大大降低了石墨相的含量，进而提高了金刚石薄膜的质量。

一种手术刀用金刚石薄膜的制备方法，包括以下步骤：

A.以钛合金为衬底，先后对钛合金进行脱脂清洗处理、酸洗处理、表面研磨处理、无水乙醇清洗处理并烘干待用；

B.将烘干的衬底放入CVD镀膜装置中，采用热丝CVD法在衬底表面形成金刚石薄膜，成膜时以甲烷和氢气为反应气体，热丝温度2100-2300℃，热丝与基体的距离为9-12mm，基体温度650-800℃，气体压力2.5-3.5kPa，甲烷分压2-3%，气体总流量100-120sccm，反应时间30-75min；

C.在氢气气氛下对金刚石薄膜进行退火，退火时热丝温度2100-2300℃，热丝与基体的距离为9-12mm，氢气流量80-150sccm，基体温度650-850℃，退火时间60min。

进一步地，所述脱脂剂是浓度20%的KOH溶液。

进一步地，所述酸洗液是5% HCl和5% HNO₃的混合溶液

进一步地，所述表面研磨处理采用粒径为0.5μm的金刚石微粉在丙酮悬浊液中配合超声震荡进行表面研磨。

进一步地，所述步骤C中氢气流量为100sccm，基体温度为800℃。

优选地，经步骤C退火处理后的金刚石薄膜中石墨相的含量下降超过30%。

更优选地，经步骤C退火处理后的金刚石薄膜中石墨相的含量下降超过40%。

本发明还提供了一种手术刀用金刚石薄膜，该金刚石薄膜由上述制备方法制备而得。

本发明采用热丝化学气相沉积工艺在手术刀具衬底表面制备金刚石薄膜，在CVD沉积过程中通入氢气可以刻蚀并抑制石墨相的生成，然后将金刚石薄膜置于氢气气氛下进行退火处理，并深入探究了氢气流量和基体温度对金刚石薄膜中石墨相含量的影响。另外，发明人还发现在特定条件下进行分段退火可以进一步降低薄膜中的石墨含量，获得质量更高的金刚石薄膜。

具体实施方式

下面通过具体实施例来验证本发明的技术效果，但是本发明的实施方式不局限于此。