[发明专利]一种包覆钨钼纳米膜层的金刚石及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，具体涉及一种包覆钨钼纳米膜层的金刚石及其制备方法，产品可用于制备高导热金属基复合材料的制备，目的在于改善复合材料界面结合、增加结合强度、降低界面热阻、提高复合材料热导率。

背景技术

金刚石具有多种优异性能，尤其是其具有最高的热导率和最低的热膨胀系数，成为最新一代热管理材料的优选成分。金刚石增强的金属基复合材料目前在世界范围内成为研究热点，但纯金属与金刚石的反应要么太差要么太强。如一些高导热的金属如银、铜、铝等与金刚石的界面润湿较差、界面结合不好，从而导致复合材料具有较低的热导率、较高的热膨胀系数以及较低的力学性能；而其它一些金属如铁、钴和镍等金属则与金刚石有较强的反应活性，复合材料界面润湿性较好，但界面结合过强，高温下界面生成的碳化物过厚，增加了界面热阻，从而降低了复合材料的热导率，使得复合材料无法发挥其高导热的性能。

金属钨具有热导率高、热膨胀系数适中，并能与金刚石在高温下反应生成碳化钨，因此金刚石表面镀覆钨不但能提高其与金属基体的把持力，改善界面结合，同时还能极大提高金属基复合材料的导热性能，同时由于钨相对于金刚石颗粒，其热膨胀系数差值更小，因此能够降低由于热失配导致的界面应力，从而提高了材料在应用中的使用寿命。但由于传统的电镀、化学镀方法无法在金刚石表面制备超薄的钨纳米膜层，而采用高温扩散、气相沉积和磁控溅射等方法，则制备成本昂贵、设备复杂且难以保证金刚石表面所镀钨层或钼层的完整性和均匀性。虽然进来有人提出了采用溶胶-凝胶方法在金刚石表面制备超薄的钨层，但由于单一氧化钨包覆膜层在氢热还原过程中存在溶胶稳定性差、热处理温度范围较窄、膜层易龟裂等问题，因此急需找到解决的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种包覆钨钼纳米膜层的金刚石及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种包覆钨钼纳米膜层的金刚石，其结构为金刚石基体表面包覆有钨钼纳米膜层，金刚石基体与钨钼纳米膜层之间存在微量碳酸钨和碳酸钼构成的过渡层；钨钼纳米膜层中Mo、W的摩尔比为0.01～1:1。

上述钨钼纳米膜层的厚度为20nm～1000nm。

上述金刚石基体可以是0至3维的粒状、纤维状、绳状、板状、片状或薄膜状金刚石。

上述包覆钨钼纳米膜层的金刚石的制备方法，具体制备方法包括如下步骤：

（1）原料处理：将金刚石加入强氧化性酸中，加热煮沸0.5-2h，对金刚石表面进行粗化处理；

（2）溶胶配置：按照Mo:W=0.01～1:1的摩尔比将钼粉和钨粉混合均匀，将钨钼混合粉末加入H₂O₂中并不断搅拌，W与Mo的总摩尔含量与H₂O₂的摩尔含量之比为1:0.5～4，在0～10℃进行氧化反应；反应完全后向混合溶液中依次加入冰醋酸与有机溶剂，W与Mo的总摩尔含量与冰醋酸、有机溶剂的摩尔含量之比为0.2-0.5:1:2～4；混合均匀后在60℃～90℃搅拌0.5-72h，除去沉淀，得到氧化钨与氧化钼的复合溶胶；

或者，按照Mo:W=0.01～1:1的摩尔比将钨酸钠和钼酸钠溶液混合，经强酸性阳离子树脂柱处理后，获得氧化钼和氧化钨混合溶液，向混合溶液中依次加入H₂O₂与有机溶剂，W与Mo的总摩尔含量与H₂O₂、有机溶剂的摩尔含量之比为0.5-1:1:2～4，再加入催化剂氯铂酸，混合均匀后在60℃～90℃搅拌0.5-72h，除去沉淀，得到氧化钨与氧化钼复合溶胶；

（3）浸胶与干燥：将粗化后的金刚石放入氧化钨与氧化钼复合溶胶中，对金刚石表面进行浸胶，然后干燥；

（4）氢热还原：干燥后产物放入管式炉中，在水蒸气与氢气的流动气氛下，升温至700℃～1000℃，保温0.1～5h，得到表面包覆钨钼纳米膜层的金刚石。

一种优选的包覆钨钼纳米膜层的金刚石的制备方法，在步骤（2）制备得到的氧化钨与氧化钼的复合溶胶中，加入稳定剂；该稳定剂为硅酸钠、二氧化硅、氧化钛、氧化硼中的一种；稳定剂中Si、Ti或B的摩尔含量同W与Mo的总摩尔含量之比为0.001～0.02:1。