[发明专利]一种金刚石制品及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种金刚石制品及其制备方法和应用，所述制备方法包括如下步骤：S1.在清洁后的衬底表面沉积一层DLC膜，所述DLC膜的厚度为0.1～4μm；S2.将步骤S2的衬底置于化学气相沉积炉中，通入H₂和甲烷，沉积金刚石；S3.去除步骤S2中的衬底，即得金刚石制品。所述制备方法能够提高沉积速率、拓宽衬底的选择。

技术领域

本发明涉及金刚石技术领域，更具体地，涉及一种金刚石制品及其制备方法和应用。

背景技术

金刚石具有硬度高、低摩擦系数、极高的热导率、良好的自润滑性和化学稳定性等优异性能，因此作为一种耐磨、减摩和保护性涂层材料比较常见。相比于铜合金而言，金刚石具有极高的热导率，导热系数是铜的6倍，而目前热交换器导热元器件由铜合金制备而成，因此，若将金刚石作为热交换器元器件材料，具有优异的导热效率。但是目前关于金刚石的的制备会面临如下问题，一方面衬底材料中含有钴和铁元素，在制备金刚石的过程中，容易石墨化降低金刚石的品质，对于钢铁合金的衬底是完全不能使用；另一方面，直接在衬底材料制备金刚石层沉积速率太低。现有技术中不能将金刚石制品的厚度做的很厚，且难以获得具有几百微米厚度的金刚石管，中国专利(CN111499410A)就公开了一种碳化硅基金刚石涂层的制备方法，该方案是通过对碳化硅基体进行预处理，例如采用酸处理和碱处理脱除钴元素含量防止其发生石墨化。但是这种方法比较复杂且衬底只能使用碳化硅，通过增加表面粗糙度和衬底表面官能化提高形核位点，但是通过这种方式提高形核位点对于仅仅是制备厚度比较薄的金刚石层也是可以的，若是要制备厚度比较厚金刚石则会出现沉积时间过长，严重影响了沉积速率。

发明内容

本发明为克服上述衬底选择单一、沉积速率较慢的缺陷，提供一种金刚石制品的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述金刚石制品。

本发明的另一目的在于提供所述金刚石的应用。

为实现上述问题，本发明采用的技术方案是：

一种金刚石制品的制备方法，包括如下步骤：

S1.在清洁后的衬底表面沉积一层DLC膜，所述DLC膜的厚度为0.1～4μm；

S2.将步骤S2的衬底置于化学气相沉积炉中，通入H₂和甲烷，沉积金刚石；

S3.去除步骤S2中的衬底管，即得金刚石。

发明人经过研究发现，若在衬底管表面先沉积一层DLC膜，由于DCL中碳原子也是SP3杂化，可以作为制备金刚石过程中的晶种层，大幅度提高沉积速率。另一方面，DLC膜作为致密的薄膜可以阻挡衬底中钴元素或者铁元素对金刚石石墨化的影响，防止其产品质量降低，因此也拓宽了衬底材料的选择。

所述DLC膜的厚度不能小于0.1μm，小于0.1μm不能提高沉积速率；也不能大于4μm，若大于4μm则会出现DLC层脱落的情况导致不能制成金刚石。

所述金刚石制品包括但不限于金刚石管、金刚石涂层。

步骤S1中所述清洁过程经过除油、烘干处理。

优选地，所述DLC膜的厚度为0.5～3μm。

当所述DLC膜的厚度在0.5～3μm之间具有更好的沉积速率。

优选地，所述步骤S2中沉积温度为850℃～1000℃。

当所述沉积温度在这个范围时，能够实现沉积效率与能耗有效匹配。

优选地，所述步骤S2中氢气流量为0.8L/min～1.5L/min。

所述氢气流量在这个范围时，有效活化基体及促进SP2键向SP3键转变；