CN108396307A - 一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法 - Google Patents
一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108396307A CN108396307A CN201810046750.0A CN201810046750A CN108396307A CN 108396307 A CN108396307 A CN 108396307A CN 201810046750 A CN201810046750 A CN 201810046750A CN 108396307 A CN108396307 A CN 108396307A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- titanium sheet
- diamond thin
- diamond
- strong film
- titanium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 68
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 94
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 94
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 94
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 47
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 24
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 21
- 244000137852 Petrea volubilis Species 0.000 claims abstract description 12
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 claims abstract description 9
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 54
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 45
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 44
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims description 20
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 19
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 10
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 7
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 7
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 claims description 7
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M sodium bicarbonate Substances [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 abstract description 39
- 239000002585 base Substances 0.000 abstract description 21
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 abstract description 2
- 238000007654 immersion Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 abstract description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 abstract description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 6
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000011953 bioanalysis Methods 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/274—Diamond only using microwave discharges
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0209—Pretreatment of the material to be coated by heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C16/0227—Pretreatment of the material to be coated by cleaning or etching
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
- C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
- C23C16/26—Deposition of carbon only
- C23C16/27—Diamond only
- C23C16/276—Diamond only using plasma jets
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，属于薄膜材料技术领域。本发明将钛片进行砂纸打磨、有机溶剂清洗、混合酸浸泡、去离子水超声波清洗、强碱腐蚀、弱碱浸泡等预处理得到预处理钛片，以预处理钛片为基体，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜。本发明制备的金刚石薄膜具有强薄膜基体粘附力，可避免其作为电化学阳极电极在服役过程中金刚石脱落，造成二次污染，降低电极的成本，提高电极使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，属于薄膜材料技术领域。
背景技术
为应对水体环境持续恶化问题，人们在长期的探索中形成了众多有机废水处理技术（物理吸附法、生物法、电化学阳极氧化法），其中电化学阳极氧化法已经成为处理有机废水的重要手段，开发合适的阳极材料是保证电化学降解的关键，以硼掺杂金刚石电极为代表的导电金刚石阳极材料，不仅具备析氧超电势高、电化学窗口宽、背景电流小等优异的电化学特性，而且具有超低有机残留物吸附等优点。但硼掺杂金刚石电极机械性能和长期耐腐蚀性难以满足工业要求，而钛是几乎唯一具有良好的导电性能和足够的机械性能，又具备优异的低温抗腐蚀能力性能的低成本基体材料，所以钛基金刚石薄膜是电化学阳极氧化法中阳极材料的最佳选择。但是由于在钛片上沉积金刚石薄膜的过程中，钛片在高温下很容易形成碳化钛中间层，而钛、碳化钛、碳的热膨胀系数相差很大，这种差异会影响金刚石薄膜和基体的结合力，导致金刚石的分裂和剥离。
目前，增大膜基结合力的方法有机械打磨法和增加过渡层法。机械打磨法是利用砂纸将钛片进行打磨，改变基体表面粗糙度，但在沉积金刚石薄膜过程中，金刚石薄膜和基体之间依然存在很大的热应力，膜基结合力依旧很小；增加过渡层法是利用溅射的方法在钛片上先沉积一层与钛和碳的热膨胀系数差异小的金属，比如钼，再在其上沉积金刚石薄膜，此种方法虽然能增大膜基结合力，但钼属于稀有金属，价格昂贵，会增加生产成本，增加过渡层工艺复杂，影响生产效率。
发明内容
针对现有金刚石薄膜的技术问题，本发明提供一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，本发明将钛片进行砂纸打磨、有机溶剂清洗、混合酸浸泡、去离子水超声波清洗、强碱腐蚀、弱碱浸泡等预处理得到预处理钛片，以预处理钛片为基体，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜。本发明制备的金刚石薄膜具有强薄膜基体粘附力，可用作电化学阳极电极过程中可避免电极在服役过程中金刚石脱落，造成二次污染，降低电极的成本，提高电极使用寿命。
本发明方法能极大的提高薄膜基体结合力，避免金刚石薄膜在服役过程中出现脱落现象，同时能缩短工艺流程，降低生产成本。
一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）预处理：将钛片用砂纸打磨处理，依次采用无水乙醇处理、去离子水超声波清洗去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡1~5min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为70~100℃的NaOH溶液中进行水热处理2~4h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡1~3h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；
（2）以步骤（1）所得预处理钛片为基体，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为500~700℃，腔体压强3~5KPa，微波功率为2100~2600W；化学气相沉积生长过程的基体温度为700~900℃，腔体压强5~7KPa，微波功率为2600~3000W；化学气相沉积的工作气体为甲烷和氢气的混合气体；
所述步骤（1）HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为1~5%，HNO3的质量百分数浓度为10~15%；NaOH溶液的浓度为3~15mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为5~15%；
进一步地，所述步骤（1）钛片用砂纸打磨处理的具体方法为采用400~1200号砂纸进行逐级打磨；
进一步地，所述步骤（1）无水乙醇处理的时间为1~5秒，去离子水超声波清洗的时间为10~30min；
进一步地，所述甲烷和氢气的混合气体中甲烷的体积分数为1~5%；
本发明所述甲烷气体在温度500~700℃，压强3~5kpa条件下发生反应生成金刚石；
本发明的有益效果：本发明方法可以减少金刚石薄膜沉积过程中膜基之间的热应力，能极大的提高膜基结合力，避免金刚石薄膜在服役过程中出现脱落现象，同时能缩短工艺流程，降低生产成本。
附图说明
图1为实施例3的NaOH溶液水热处理钛片的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）预处理：将2mm厚钛片用400~1200号的砂纸逐级打磨处理，依次采用无水乙醇处理5s、去离子水超声波清洗10min去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡3min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为70℃的NaOH溶液中进行水热处理4h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡3h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；其中HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为2%，HNO3的质量百分数浓度为10%；NaOH溶液的浓度为5mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为5%；
（2）将步骤（1）所得预处理钛片置于微波等离子体的反应腔体内，以预处理钛片为基体，抽真空，然后通入工作气体（工作气体为甲烷和氢气的混合气体），利用微波辐射工作气体（甲烷和氢气的混合气体），使工作气体产生等离子体；调节样品台高度，使钛片上产生致密的等离子体球，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为500℃，腔体压强3KPa，微波功率为2100W；化学气相沉积生长过程的基体温度为700℃，腔体压强5KPa，微波功率为2600W；甲烷和氢气的混合气体中甲烷的体积分数为1%；
本实施例具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜性能检测结果如表1所示，从表1可知，金刚石薄膜在负载10.0001570mN的最大压痕深度为145.256nm，卸载后的压痕深度为44.308nm；在负载5.0037053mN的最大压痕深度为116.952nm，卸载后的压痕深度为44.308nm；金刚石薄膜的弹性模量为1156.6Mpa。
实施例2：一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）预处理：将1.5mm厚钛片用400~1200号的砂纸逐级打磨处理，依次采用无水乙醇处理4s、去离子水超声波清洗20min去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡4min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为80℃的NaOH溶液中进行水热处理3.5h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡2.8h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；其中HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为1%，HNO3的质量百分数浓度为12%；NaOH溶液的浓度为7mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为7%；
（2）将步骤（1）所得预处理钛片置于微波等离子体的反应腔体内，以预处理钛片为基体，抽真空，然后通入工作气体（工作气体为甲烷和氢气的混合气体），利用微波辐射工作气体（甲烷和氢气的混合气体），使工作气体产生等离子体；调节样品台高度，使钛片上产生致密的等离子体球，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强膜基粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为600℃，腔体压强4KPa，微波功率为2200W；化学气相沉积生长过程的基体温度为800℃，腔体压强6KPa，微波功率为2800W；甲烷和氢气的混合气体中甲烷的体积分数为2%；
本实施例具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜性能检测结果如表1所示，从表1可知，金刚石薄膜在负载10.0001570mN的最大压痕深度为135.778nm，卸载后的压痕深度为34.308nm；在负载5.0037053mN的最大压痕深度为97.7348nm，卸载后的压痕深度为34.308nm；金刚石薄膜的弹性模量为1279.5Mpa。
实施例3：一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）预处理：将1.8mm厚钛片用400~1200号的砂纸逐级打磨处理，依次采用无水乙醇处理3s、去离子水超声波清洗30min去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡1min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为90℃的NaOH溶液中进行水热处理2h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡1h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；其中HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为4%，HNO3的质量百分数浓度为10%；NaOH溶液的浓度为10mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为10%；本实施例预处理钛片的扫描电镜图如图1所示，从图1可知，钛片表面出现了大量孔洞，且孔洞尺寸较大，利于金刚石薄膜的附着；
（2）将步骤（1）所得预处理钛片置于微波等离子体的反应腔体内，以预处理钛片为基体，抽真空，然后通入工作气体（工作气体为甲烷和氢气的混合气体），利用微波辐射工作气体（甲烷和氢气的混合气体），使工作气体产生等离子体；调节样品台高度，使钛片上产生致密的等离子体球，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为700℃，腔体压强5KPa，微波功率为2300W；化学气相沉积生长过程的基体温度为900℃，腔体压强7KPa，微波功率为2900W；甲烷和氢气的混合气体中甲烷的体积分数为5%；
本实施例具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜性能检测结果如表1所示，从表1可知，金刚石薄膜在负载10.0001570mN的最大压痕深度为125.778nm，卸载后的压痕深度为24.308nm；在负载5.0037053mN的最大压痕深度为87.735nm，卸载后的压痕深度为24.308nm；金刚石薄膜的弹性模量为1381.5Mpa。
实施例4：一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）预处理：将1mm厚钛片用400~1200号的砂纸逐级打磨处理，依次采用无水乙醇处理1s、去离子水超声波清洗15min去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡5min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为100℃的NaOH溶液中进行水热处理3h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡2.5h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；其中HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为3%，HNO3的质量百分数浓度为5%；NaOH溶液的浓度为3mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为15%；
（2）将步骤（1）所得预处理钛片置于微波等离子体的反应腔体内，以预处理钛片为基体，抽真空，然后通入工作气体（工作气体为甲烷和氢气的混合气体），利用微波辐射工作气体（甲烷和氢气的混合气体），使工作气体产生等离子体；调节样品台高度，使钛片上产生致密的等离子体球，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为550℃，腔体压强3.5KPa，微波功率为2500W；化学气相沉积生长过程的基体温度为750℃，腔体压强5.5KPa，微波功率为3000W；甲烷和氢气的混合气体中甲烷的体积分数为3%；
本实施例具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜性能检测结果如表1所示，从表1可知，金刚石薄膜在负载10.0001570mN的最大压痕深度为153.289nm，卸载后的压痕深度为53.265nm；在负载5.0037053mN的最大压痕深度为125.569nm，卸载后的压痕深度为53.265nm；金刚石薄膜的弹性模量为1109.2Mpa。
实施例5：一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，具体步骤如下：
（1）预处理：将2mm厚钛片用400~1200号的砂纸逐级打磨处理，依次采用无水乙醇处理2s、去离子水超声波清洗25min去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡2min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为80℃的NaOH溶液中进行水热处理2.5h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡2h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；其中HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为5%，HNO3的质量百分数浓度为15%；NaOH溶液的浓度为15mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为12%；
（2）将步骤（1）所得预处理钛片置于微波等离子体的反应腔体内，以预处理钛片为基体，抽真空，然后通入工作气体（工作气体为甲烷和氢气的混合气体），利用微波辐射工作气体（甲烷和氢气的混合气体），使工作气体产生等离子体；调节样品台高度，使钛片上产生致密的等离子体球，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为650℃，腔体压强4.5KPa，微波功率为2600W；化学气相沉积生长过程的基体温度为850℃，腔体压强6.5KPa，微波功率为2700W；甲烷和氢气的混合气体中甲烷的体积分数为4%；
本实施例具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜性能检测结果如表1所示，
表1 金刚石薄膜性能检测结果
从表1可知，金刚石薄膜在负载10.0001570mN的最大压痕深度为120.236nm，卸载后的压痕深度为20.589nm；在负载5.0037053mN的最大压痕深度为83.985nm，卸载后的压痕深度为 20.589nm；金刚石薄膜的弹性模量为1399.7Mpa。
Claims (3)
1.一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）预处理：将钛片用砂纸打磨处理，依次采用无水乙醇处理、去离子水超声波清洗去除钛片表面粉末，然后置于HF和HNO3的混合酸液中浸泡1~5min并用去离子水清洗干净得到酸处理钛片，将酸处理钛片置于温度为70~100℃的NaOH溶液中进行水热处理2~4h得到水热处理钛片，再将水热处理钛片置于NaHCO3溶液中浸泡1~3h并用沸腾的去离子水清洗干净即得预处理钛片；
（2）以步骤（1）所得预处理钛片为基体，在预处理钛片表面进行微波等离子化学气相沉积金刚石薄膜即得具有强薄膜基体粘附力的金刚石薄膜，其中化学气相沉积成核过程的基体温度为500~700℃，腔体压强3~5KPa，微波功率为2100~2600W；化学气相沉积生长过程的基体温度为700~900℃，腔体压强5~7KPa，微波功率为2600~3000W；化学气相沉积的工作气体为甲烷和氢气的混合气体。
2.根据权利要求1所述具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（1）HF和HNO3的混合酸液中HF的质量百分数浓度为1~5%，HNO3的质量百分数浓度为10~15%；NaOH溶液的浓度为3~15mol/L，NaHCO3溶液的质量百分数浓度为5~15%。
3.根据权利要求1所述具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）甲烷和氢气的混合气体中甲烷的体积分数为1~5%。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810046750.0A CN108396307A (zh) | 2018-01-18 | 2018-01-18 | 一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810046750.0A CN108396307A (zh) | 2018-01-18 | 2018-01-18 | 一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108396307A true CN108396307A (zh) | 2018-08-14 |
Family
ID=63094643
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810046750.0A Pending CN108396307A (zh) | 2018-01-18 | 2018-01-18 | 一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108396307A (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1735716A (zh) * | 2003-05-26 | 2006-02-15 | 住友电气工业株式会社 | 金刚石涂敷的电极及其制备方法 |
| CN101265580A (zh) * | 2006-03-14 | 2008-09-17 | 应用材料股份有限公司 | 溅射之前溅射靶的预处理 |
| CN101775602A (zh) * | 2010-02-23 | 2010-07-14 | 厦门大学 | 一种硬质合金刀具表面氮铝钛涂层浸蚀剂及其使用方法 |
| CN102011168A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-04-13 | 哈尔滨工程大学 | 电镀金刚石车针及其制造方法 |
| CN102312215A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-01-11 | 南通晶科超膜材料有限公司 | 一种微型钻头金刚石薄膜涂层的制造方法 |
| CN102864435A (zh) * | 2012-10-24 | 2013-01-09 | 天津理工大学 | 一种过滤有机废水的复合型微孔滤膜制备方法 |
| CN102864482A (zh) * | 2012-10-24 | 2013-01-09 | 天津理工大学 | 抑制多孔钛基掺硼金刚石薄膜电极中碳化钛生成的方法 |
| CN103643219A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-19 | 吉林大学 | 一种以多孔钛为基体的掺硼金刚石薄膜电极的制备方法 |
| CN104759272A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-07-08 | 上海维埃姆环保科技有限公司 | 一种膜电极低压电解式臭氧发生器的膜电极及其阳极和阳极的制作方法 |
| CN106011781A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-12 | 昆明理工大学 | 一种增大金刚石膜沉积面积的方法 |
-
2018
- 2018-01-18 CN CN201810046750.0A patent/CN108396307A/zh active Pending
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1735716A (zh) * | 2003-05-26 | 2006-02-15 | 住友电气工业株式会社 | 金刚石涂敷的电极及其制备方法 |
| CN101265580A (zh) * | 2006-03-14 | 2008-09-17 | 应用材料股份有限公司 | 溅射之前溅射靶的预处理 |
| CN101775602A (zh) * | 2010-02-23 | 2010-07-14 | 厦门大学 | 一种硬质合金刀具表面氮铝钛涂层浸蚀剂及其使用方法 |
| CN102011168A (zh) * | 2010-11-30 | 2011-04-13 | 哈尔滨工程大学 | 电镀金刚石车针及其制造方法 |
| CN102312215A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-01-11 | 南通晶科超膜材料有限公司 | 一种微型钻头金刚石薄膜涂层的制造方法 |
| CN102864435A (zh) * | 2012-10-24 | 2013-01-09 | 天津理工大学 | 一种过滤有机废水的复合型微孔滤膜制备方法 |
| CN102864482A (zh) * | 2012-10-24 | 2013-01-09 | 天津理工大学 | 抑制多孔钛基掺硼金刚石薄膜电极中碳化钛生成的方法 |
| CN103643219A (zh) * | 2013-11-29 | 2014-03-19 | 吉林大学 | 一种以多孔钛为基体的掺硼金刚石薄膜电极的制备方法 |
| CN104759272A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-07-08 | 上海维埃姆环保科技有限公司 | 一种膜电极低压电解式臭氧发生器的膜电极及其阳极和阳极的制作方法 |
| CN106011781A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-10-12 | 昆明理工大学 | 一种增大金刚石膜沉积面积的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 陈静允 等: "强碱处理Ti片制备TiO2薄膜的研究", 《高校化学工程学报》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110684946B (zh) | 一种金属双极板高导电耐蚀防护涂层及其制备方法与应用 | |
| CN104233216B (zh) | 一种表面具有纳米结构阵列钛基掺硼金刚石电极的制备方法 | |
| WO2021259046A1 (zh) | 一种Cr-Al-C系MAX相涂层的制备方法及其应用 | |
| CN106374116A (zh) | 一种燃料电池金属双极板上的高熵合金复合涂层和工艺 | |
| CN111593316B (zh) | 一种高比表面积超亲水的梯度硼掺杂金刚石电极及其制备方法和应用 | |
| CN102130341A (zh) | 一种燃料电池双极板及其表面碳钛纳米复合薄膜制备方法 | |
| CN112803033B (zh) | 一种用于燃料电池金属双极板的薄膜及其制备方法 | |
| CN113265638B (zh) | 高导电耐蚀类石墨碳防护多层复合涂层及其制法与应用 | |
| CN111244493B (zh) | 一种质子交换膜燃料电池薄钛双极板的表面改性方法 | |
| CN114481048B (zh) | 高导电耐蚀非晶/纳米晶复合共存的涂层及其制法与应用 | |
| CN113937301B (zh) | 金属双极板表面过渡金属氮化物与碳复合改性薄膜及其制备方法 | |
| Lee et al. | Electrochemical mechanical polishing of flexible stainless steel substrate for thin-film solar cells | |
| CN113072063B (zh) | 基于氢储运设备内表面的阻氢涂层及制备方法 | |
| CN108396307A (zh) | 一种具有强膜基粘附力的金刚石薄膜的制备方法 | |
| KR101078231B1 (ko) | 전도성 금속산화막이 코팅된 고분자전해질 연료전지용 금속 분리판의 제조방법 | |
| CN104051743A (zh) | 金属双极板及其制备方法 | |
| CN115784763B (zh) | 一种掺硼金刚石多孔钛复合膜及其制备方法 | |
| CN108546924B (zh) | 二硒化钼/石墨复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN111394771A (zh) | 一种在铜及其合金表面制备涂层的方法及铜制品 | |
| CN115679250A (zh) | 用于质子交换膜燃料电池双极板的复合涂层及制备方法 | |
| CN115928017A (zh) | 一种高导电耐蚀防护复合涂层及其制备方法与应用 | |
| CN115411285A (zh) | 一种含有防腐薄膜的燃料电池双极板及其制备方法 | |
| CN112993299B (zh) | 燃料电池金属双极板硅掺杂的碳化铌涂层及其制备方法 | |
| CN115029663A (zh) | 金属极板复合涂层、金属极板及其制备方法和燃料电池 | |
| CN112221892A (zh) | 一种新型金属双极板表面改性的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180814 |