[发明专利]一种利用微波在金刚石表面制备高结合强度碳化物涂层的方法

说明书

一种利用微波在金刚石表面制备高结合强度碳化物涂层的方法，涉及一种金刚石表面制备涂层的方法。目的是解决现有方法在金刚石表面制备的碳化物涂层存在不均匀、厚度难调控、结合强度低的问题。方法：称取具有金属镀层的金刚石粉；将金刚石粉超声振荡处理，干燥，将金刚石粉在保护气氛下进行微波处理，然后随炉冷却至室温，得到表面包覆碳化物涂层的金刚石粉，清洗后烘干，即完成。本发明利用微波对镀金属镀层的金刚石进行处理，在短时间内生成了致密的碳化物涂层，碳化物涂层与金刚石基体间为牢固的化学键合结合，避免了金刚石的石墨化，工艺简单，节能环保，降低了涂覆成本，适用范围广，易于实现产业化生产及应用。本发明适用于在金刚石表面制备涂层。

技术领域

本发明涉及一种金刚石表面制备涂层的方法。

背景技术

金刚石具有高热导率、兼具低密度、低膨胀等特性，使得其成为轻质、超高导热金属基复合材料的理想增强体。但是，金刚石与铜不反应、不润湿，难以形成低热阻、高强度的界面结合；金刚石与铝同样弱结合，当制备温度较高时还会在界面处生成易水解的Al₄C₃相，降低材料的可靠性。在金刚石表面引入合适的界面过渡层能够有效的改善金刚石与基体金属之间的润湿性，同时还能够避免Al₄C₃等水解相的产生，是一种有效的改性的手段，常见的涂层包括W、Ti、Cr等金属涂层，以及WC、TiC、Cr₃C₂等碳化物涂层。

目前常用的镀层方法主要有磁控溅射、化学气相沉积、溶胶凝胶法等，这些方法制备的金属涂层与金刚石之间大多为物理结合，镀层结合力均小于20MPa，同时W、Ti、Cr等金属在高温下不稳定，在制备复合材料过程中易溶解入金属基体中，最终得到的复合材料往往出现界面结合不紧密、界面脱粘的现象。

在金刚石表面涂覆WC、TiC等碳化物涂层可以有效提高复合材料的可靠性，这是因为碳化物在高温中具有更高的稳定性，其与金刚石也具有更好的化学相容性，具有更高的结合强度。目前，碳化物涂层的制备大部分采用在金刚石表面涂覆强碳化物形成元素如W、Ti、Cr等后进行高温热处理、使镀层金属往碳化物进行转变的方法实现。但是由于碳化物的形成温度较高(TiC高于700℃、WC高于1000℃等)，在制备过程中高温下长时间的保温处理会造成金刚石表面的石墨化，表层石墨层对复合材料的热性能及力学性能有不利的影响。同时由于镀层金属与金刚石的热膨胀系数不同，高温处理过程中镀层出现鼓起、褶皱的现象，这大大降低了界面的结合强度，这些都对复合材料性能不利。因此，如何在金刚石表面涂覆一层均匀的、厚度可调控的、高结合强度的碳化物涂层，是充分利用金刚石优异热性能的重要技术。

发明内容

本发明为了解决现有方法在金刚石表面制备的碳化物涂层存在不均匀、厚度难调控、结合强度低的问题，提出一种利用微波在金刚石表面制备高结合强度碳化物涂层的方法。

本发明利用微波在金刚石表面制备高结合强度碳化物涂层的方法按以下步骤进行：

一、称料：

称取一定质量的具有金属镀层的金刚石粉；

二、超声振荡：

将金刚石粉置于去离子水中，利用超声机进行超声振荡处理，然后置于烘干箱中在70℃下干燥2h；

其中，采用超声波处理的目的是使与金刚石结合差的镀层脱落，留下结合强度高的镀层，同时使金刚石清洗充分，去除表面杂质；

三、微波处理：

将步骤二得到的金刚石粉在保护气氛下进行微波处理，然后随炉冷却至室温，得到表面包覆碳化物涂层的金刚石粉；