通過調(diào)節(jié)CVD沉積參數(shù)，制備出如圖1所示的兩種金剛石/立方碳化硅的三維復合結構:可調(diào)制周期和厚度的多層結構(如圖1左下方所示)以及混雜的三維金剛石/立方碳化硅“磚-墻”式結構(如圖1右下方所示)。
[0022]經(jīng)實際測定，本發(fā)明能夠在無需額外基體預處理的情況下，在多種基體材料(如不銹鋼，WC-Co，Si3N4等)上，實現(xiàn)一步不間斷生長金剛石/立方碳化娃的三維復合結構，所制備的三維復合結構能顯著提高涂層在基體表面的粘附性、耐磨性以及斷裂韌性，滿足高性能表面涂層領域應用的需求，具有較好的應用前景。
[0023]綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是:
1)本發(fā)明的立方碳化硅層作為一個勢皇層，其能有效降低甚至完全消除在金剛石的形核和生長過程中基體的負面效應(如Fe、Co的石墨催化效應)，適于在多種基體材料(如Si，Mo，W，石英，不鎊鋼、WC-Co等)上有效地的制備涂層，具有可沉積基體材料范圍廣的優(yōu)點；
2)本發(fā)明中三維復合結構的厚度、晶粒尺寸、金剛石/立方碳化硅的比例等均可通過變化沉積參數(shù)來精確控制，因而高度可控的三維復合結構能滿足不同應用領域的需求，具有可控性高的優(yōu)點；
3)本發(fā)明的生長條件可控，所制備的三維復合結構具有較好的重復性，能夠滿足工業(yè)化應用的需要；
4)本發(fā)明采用原位的偏壓輔助形核工藝，有效解決了金剛石形核密度低的難題，能一步完成金剛石/碳化硅多層膜或“磚-墻”結構的三維復合結構的制備，有效地解決了原有的多步法所存在的生產(chǎn)周期長以及多次升降溫所帶來的附加應力的問題；
5)本發(fā)明的三維結構可以一步完成，能減少處理工序，節(jié)省生長時間，降低人力成本；
6)相比于純金剛石涂層，本發(fā)明制備的三維復合結構能顯著地提高涂層的耐磨性、韌性以及在基體上的結合性，具有較好的應用前景。
【附圖說明】
[0024]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
圖1為本發(fā)明制備的三維復合結構示意圖。
[0025]圖2為實施例1制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0026]圖3為實施例2制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0027]圖4為實施例3制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0028]圖5為實施例4制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0029]圖6為實施例5制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0030]圖7為實施例6制備的“磚-墻“式金剛石/立方碳化硅復合結構的膜斷面SEM圖
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[0031]圖8為實施例6制備的“磚-墻“式金剛石/立方碳化硅復合結構的膜斷面SEM圖
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[0032]圖9為實施例6制備的“磚-墻“式金剛石/立方碳化硅復合結構的膜正面SEM圖。
[0033]圖中標記:1為基體，2為金剛石，3為碳化硅。
【具體實施方式】
[0034]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0035]本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0036]在根據(jù)本發(fā)明建立的金剛石/立方碳化硅三維復合結構的制備方法中，對基體的材料沒有特別要求，基體可以為硅、鉬、石英、鎢、碳化鎢(含鈷)以及不銹鋼等。沉積前，需要對基體表面進行清洗，以去除基體表面殘余污染物。
[0037]在根據(jù)本發(fā)明建立的金剛石/立方碳化硅三維復合結構的制備方法中，將清洗過的基體材料放入化學氣相沉積設備中，氣相沉積設備包括:微波等離子體化學氣相沉積和熱絲化學氣相沉積。
[0038]在根據(jù)本發(fā)明的制備方法中，化學氣相沉積的溫度為600 ~ 1000°C時，優(yōu)選700 ~900°C，還更優(yōu)選750 ~ 850°C的。當溫度高于1000°C或者低于600°C時，金剛石的生長被抑制，從而無法得到金剛石/立方碳化硅三維復合結構。
[0039]在根據(jù)本發(fā)明建立的金剛石/立方碳化硅三維復合結構的制備方法中，選用微波等離子體設備進行沉積時，微波功率在1500 W -3500 W時，優(yōu)選為1800 W ~ 2500 W，更優(yōu)選為 2200 W ~ 2200 W ;在 500 W ~ 1500 W 時，優(yōu)選為 700 W ~ 800 W ;氣壓為 5 Torr ~100 Torr。選用熱絲設備進行沉積時，燈絲溫度為1800 K ~ 2300 K，優(yōu)選為2000 K ~ 2200K，氣壓為 5 Torr ~ 30 Torr0
[0040]在根據(jù)本發(fā)明建立的金剛石/立方碳化硅三維復合結構的制備方法中，用于金剛石形核的電壓由直流電源提供，電壓為60 ~ 400 V，優(yōu)選為120 V ~ 240 V ;形核時間為5~ 20分鐘，優(yōu)選為8 ~ 12分鐘。
[0041]在根據(jù)本發(fā)明建立的金剛石/立方碳化硅三維復合結構的制備方法中，若生長金剛石/碳化硅“磚-墻”式復合結構，金剛石/立方碳化硅的比例和分布可以由有機硅烷和烴類氣體的濃度比來控制。一般而言，有機硅烷含量越高，立方碳化硅在復合膜中的含量越尚O
[0042]在根據(jù)本發(fā)明的金剛石/立方碳化硅三維復合結構的制備方法中，金剛石/立方碳化硅三維復合涂層的總厚度可由沉積時間控制，沉積完成后將系統(tǒng)冷卻至室溫。
[0043]實施例1
將10 X 10 mm的Si基體分別用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗10分鐘后，用高純氮氣吹干。將洗凈的Si基體放入微波等離子體氣相沉積設備中，將設備抽真空使得腔內(nèi)氣壓小于1X10 2 Torr，通入氫氣至40 Torr，同時加熱基體至850°C，引發(fā)氣體分子反應。隨后將微波功率固定至1800 W，通入30 sccm的四甲基硅烷，進行立方碳化硅的沉積。沉積I小時后，關閉四甲基硅烷，打開穩(wěn)壓直流電源，調(diào)節(jié)電壓值至200 V，通過10 sccm的甲烷氣體，開始金剛石的形核。10分鐘后，調(diào)節(jié)電壓值到O V，關閉直流電源。再調(diào)節(jié)甲烷氣體流量至4sccm，開始沉積金剛石層。沉積I小時后，關閉甲烷氣體。保持上述參數(shù)不變，重復立方碳化硅和金剛石層的沉積各3次。
[0044]最后關閉微波電源以及甲烷、氫氣等反應氣體，自然冷卻至室溫，即可。
[0045]圖2給出了本實施例制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0046]實施例2
將10 XlO mm的Si基體分別用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗10分鐘后，用高純氮氣吹干。將洗凈的Si基體放入微波等離子體氣相沉積設備中，將設備抽真空使得腔內(nèi)氣壓小于IXlO2 Torr，通入氫氣至25 Torr，同時加熱基體至750°C。隨后激發(fā)微波等離子體，并將微波功率固定至1000 W，通入30 sccm的四甲基硅烷，進行立方碳化硅的沉積。沉積45分鐘后，關閉四甲基硅烷，打開穩(wěn)壓直流電源，調(diào)節(jié)電壓值至120 V，通過8 sccm的甲烷氣體，開始金剛石的形核。12分鐘后，調(diào)節(jié)電壓值到O V，關閉直流電源。再調(diào)節(jié)甲烷氣體流量至6 sccm，開始沉積金剛石層。沉積45分鐘后，關閉甲烷氣體。保持上述參數(shù)不變，重復立方碳化硅和金剛石層的沉積各7次。
[0047]最后關閉微波電源以及甲烷、氫氣等反應氣體，自然冷卻至室溫即可。
[0048]圖3給出了本實施例制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0049]實施例3
將10 XlO mm的硅片分別用丙酮、乙醇、蒸餾水超聲清洗10分鐘后，用高純氮氣吹干。將洗凈的硅片放入微波等離子體氣相沉積設備中，將設備抽真空使得腔內(nèi)氣壓小于IX 10 2Torr,通入氫氣至20 Torr,同時加熱基體至700°C。隨后激發(fā)微波等離子體，并將微波功率固定至800 W，通入30 sccm的四甲基硅烷，進行立方碳化硅的沉積。沉積15分鐘后，關閉四甲基硅烷，打開穩(wěn)壓直流電源，調(diào)節(jié)電壓值至100 V，通過16 sccm的甲烷氣體，開始金剛石的形核。10分鐘后，調(diào)節(jié)電壓值到O V，關閉直流電源。再調(diào)節(jié)甲烷氣體流量至8 sccm,開始沉積金剛石層。沉積15分鐘后，關閉甲烷氣體。保持上述參數(shù)不變，重復立方碳化硅和金剛石層的沉積17次。
[0050]最后關閉微波電源以及甲烷、氫氣等反應氣體，自然冷卻至室溫即可。
[0051]圖4給出了本實施例制備的多層膜結構的膜斷面SEM圖。
[0052]實施例4