[发明专利]一种金刚石复合薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及金刚石复合材料技术领域，尤其是涉及一种金刚石复合薄膜及其制备方法和应用。所述金刚石复合薄膜，包括金刚石和依次沉积在金刚石表面的钛层、钼层和镍层。所述制备方法，包括如下步骤：在金刚石表面依次沉积形成钛层、钼层和镍层，即得所述金刚石复合薄膜。本发明通过在金刚石表面沉积钛层、钼层和镍层，在金刚石表面形成钛钼镍金属化结构体系，提高金刚石复合薄膜的抗拉强度同时赋予金刚石良好的焊接高强和气密性能，满足作为窗口材料的高强度、低损耗、气密焊接性能好等技术要求，可用于大功率电真空器件的输出窗。

技术领域

本发明涉及金刚石复合材料技术领域，尤其是涉及一种金刚石复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

CVD金刚石具有热导率高、机械强度高、高频下介电性能优异等特点，是高频电磁波能量传输最佳窗口材料。金刚石作为窗口材料，对其表面金属化、气密焊接性能、其与金属结合强度等均有很高的要求。

现有技术中的金刚石金属化体系，主要有针对金刚石在散热片领域、热沉片领域等领域的应用，而针对金刚石作为窗口材料应用的报道极少。这主要是因为，为了有利于电磁波传输，作为窗口材料的金刚石的表面光洁度较高，为镜面；而目前的金刚石金属化体系镀膜后，膜基结合力差，容易脱落，使用一段时间后会出现漏气等情况，无法满足窗口材料的使用要求。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种金刚石复合薄膜，建立模型，根据模型优化结果，通过合理的结构优化，降低金刚石复合薄膜结构中的应力，从而提高金刚石复合薄膜的抗拉强度，膜基结合力强，气密性好；并且同时金刚石的表面光洁度较高，满足窗口材料的焊接高强、气密需求。

本发明的第二目的在于提供一种金刚石复合薄膜的制备方法，通过所述制备方法完成合理的结构设置，满足焊接高强、气密的需求，并且工艺简单。

本发明的第三目的在于提供一种所述金刚石复合薄膜的应用，所述金刚石复合薄膜具有优异的抗拉强度，焊接气密性好，介电损耗低，热导率高，满足作为窗口材料的高强度、低损耗、气密焊接性能好等技术要求，可以作为大功率电真空器件输出窗材料使用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种金刚石复合薄膜，包括金刚石和依次沉积在金刚石表面的钛层、钼层和镍层。

本发明所述的金刚石复合薄膜，通过在金刚石表面沉积钛层、钼层和镍层，在金刚石表面形成钛钼镍金属化体系，钛层能够与金刚石表面发生界面反应，生成稳定的碳化物，与金刚石表面形成较强的键合，提高了膜层与金刚石表面的结合力，作为高强层；钼层能够有效阻挡气体通过，进一步提高金刚石复合薄膜的气密性，赋予金刚石复合薄膜表面优良的气密性能；镍层在与钼层形成良好结合的同时，作为润湿层，极大地改善金刚石复合薄膜的焊接性能。同时，金刚石表面的钛钼镍金属化结构体系，与金属铜等的焊接结构，极大地降低结构中的应力，从而提高金刚石复合薄膜的抗拉强度。

优选的，所述钛层的厚度为50-400nm，所述钼层的厚度为50-500nm，所述镍层的厚度为1050-6050nm。

优选的，所述镍层包括依次沉积在钼层表面的第一镍层和第二镍层。

优选的，所述第一镍层为磁控溅射层，所述第二镍层为电镀层。

优选的，所述第一镍层的厚度为50-1000nm，所述第二镍层的厚度为1-6μm。更优选的，所述第一镍层的厚度为50-500nm，所述第二镍层的厚度为1-2μm。

本发明通过磁控溅射的方式在钼层上沉积第一镍层，第一镍层的膜层性能佳，并且第一镍层和钼层的附着性能优异；通过电镀方式沉积第二镍层，避免了磁控溅射时间过长对金刚石结构的破坏，保证金刚石复合薄膜的结构的完整性和致密性。