CN111747414B - 多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜及制备方法 - Google Patents

多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜，属于化学气相沉积技术领域。该自支撑膜由SiC/SiO2梯度复合层与金刚石膜依次交替叠加而成，且顶层和底层均为SiC/SiO2梯度复合层。制备时，先在石墨表面沉积一层SiC层，然后利用微波氧等离子体刻蚀部分SiC形成SiC/SiO2梯度复合层，随后在其表面沉积金刚石膜，之后再重复制备SiC层、SiC/SiO2梯度复合层、沉积金刚石膜的操作过程，最后将石墨基体氧化去除，即可获得多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜。该复合自支撑膜兼具高硬度，高热导率，高光学透过率以及高温抗氧化能力等诸多优异的性能。

Description

多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜及制备方法
技术领域
本发明涉及化学气相沉积技术领域，具体是一种多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜及制备方法。
背景技术
化学气相沉积(CVD)金刚石具有红外透过率高、吸收系数低、抗热冲击性好、热导率高等优异性能，是一种理想的用于高速飞行器的长波红外(8-12 μm)窗口和头罩材料。
但是金刚石的热稳定性差，在飞行器高速飞行过程中，其窗口或头罩由于空气动力加热，表面温度会急剧上升，当温度达到650 ℃左右时，金刚石涂层在大气中开始氧化转变成石墨。这一问题都严重限制了其在高温氧化环境中作为红外窗口的应用。
目前，研究人员多通过离子注入或镀双层及多层耐高温且附着力强的涂层来提高其抗氧化能力。但是一方面，部分抗氧化涂层会降低金刚石的透过性能，另一方面，在散热性、耐磨损、抗沙蚀、雨蚀、抗化学腐蚀等能力方面，任何涂层也无法与金刚石相比，一旦抗氧化涂层被蚀失效，金刚石就会因为暴露在氧气中被氧化而失效。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术中存在的问题，而提供一种多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜。该自支撑膜具有较高的红外透过性，优良的高温抗氧化能力，能够达到红外窗口的使用标准。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合的自支撑膜，其是由SiC/SiO2梯度复合层与金刚石膜依次交替叠加而成，且顶层和底层均为SiC/SiO2梯度复合层。
作为优选的技术方案，SiC/SiO2梯度复合层和金刚石膜是采用微波等离子体化学气相沉积法制备而成的。
作为优选的技术方案，SiC/SiO2梯度复合层得厚度为1-50 μm，金刚石膜的厚度为5-200 μm。
本发明所述的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜由SiC/SiO2梯度复合层和金刚石膜顺次反复交替形成，能够将金刚石的散热、抗蚀能力，SiC/SiO2的抗氧化能力以及SiO2良好的透过性结合起来，是一种新型的红外光学窗口材料。
进一步的，本发明还提供了上述多层SiC/SiO2/金刚石复合自支撑膜的制备方法，具体包括如下步骤：
1）采用微波等离子体化学气相沉积法，以含硅碳气体或含硅气体及含碳气体的混合气体作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体表面制备SiC层；
2）通入氧气，逐渐增加氧气流量，同时缓慢降低含硅碳气体或含硅气体及含碳气体的混合气体的流量至0值，形成氧等离子体或氢氧等离子体对SiC层进行微波氧等离子体刻蚀，将部分SiC转化为SiO2，形成SiC/SiO2梯度复合层；
3）通入甲烷，逐渐增加甲烷的流量同时逐渐降低氧气的流量，在SiC/SiO2梯度复合层上沉积金刚石膜；
4）重复制备SiC层、刻蚀形成SiC/SiO2梯度复合层、沉积金刚石膜的操作过程，如此反复交替，最终在石墨基体上形成厚度为0.1-3 mm的多层SiC/SiO2/金刚石复合层；
5）将试件倒置，使石墨基体裸露在微波氧等离子体中，将其氧化去除，最终得到完整的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜。
作为优选的技术方案，SiC层的具体制备方法如下：石墨用去离子水和无水乙醇分别进行超声清洗，热风干燥；将清洗后的石墨置于微波等离子体化学气相沉积实验装置中，待炉内抽真空至0.1Pa以下，通入含硅碳气体或含硅气体及含碳气体的混合气体作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体表面进行SiC层的制备；其中工艺参数为：石墨基体温度700-1200℃，微波功率800W-10kW，气体压强2-20kPa，采用含硅碳气体作为先驱体、氢气作为反应气体时，氢气流量100-1000sccm，含硅碳气体占氢气的体积百分比为0.1-10%；采用含硅气体及含碳气体的混合气体作为先驱体、氢气作为反应气体时，氢气流量100-1000sccm，含碳气体占氢气的体积百分比为0.1-10%，含硅气体占氢气的体积百分比为0.1%-10%。SiC/SiO2梯度复合层的具体制备方法如下：待SiC层沉积完成后，通入氧气，控制含硅碳气体或含硅气体及含碳气体的混合气体流量逐渐降低至0 sccm，氧气流量逐渐增加至在真空腔室中形成氧等离子体或氢氧等离子体，进行微波氧等离子体刻蚀；刻蚀工艺参数为：功率500-8000W，气体压强2-10kPa，氧气流量5-1000sccm，氢气流量0-500sccm，基体温度300-900℃，刻蚀时间5 min-5h。金刚石膜的具体制备方法如下：SiC/SiO2梯度复合层制备完成后，向实验装置中通入甲烷，缓慢增加甲烷流量的同时逐渐停止通入氧气，控制H2流量为100-1000sccm，甲烷占H2的体积百分比为0.5%-10%，气体压强为5-20kPa，基体温度850-1100 ℃。氧化去除石墨基体的工艺参数为：功率500-8000W，气体压强2-10kPa，氧气流量5-1000sccm，氢气流量0-500sccm，基体温度300-900℃，刻蚀时间5 min-5h。
作为优选的技术方案，含硅碳气体为四甲基硅烷（Si(CH3)4, TMS）、三氯甲基硅烷（CH3SiCl3）或正硅酸乙酯（Si(OC2H5)4）。
作为优选的技术方案，含硅气体为四氯化硅（SiCl4）、三氯氢硅（HSiCl3）、二氯甲硅烷（H2SiCl2）、氯硅烷（H3SiCl）或硅烷（SiH4）。
作为优选的技术方案，含碳气体为含碳的烃类。
本发明多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜，是利用金刚石具有良好的散热性能和抗蚀性能，SiC和SiO2具有良好的抗氧化性，其中SiC的抗氧化性是通过形成致密的SiO2保护膜来实现的，通过顺次制备SiC/SiO2梯度复合层和金刚石膜形成SiC/SiO2/金刚石多层复合自支撑膜将二者的优异性能结合起来，其中表层设计为SiC/SiO2梯度复合层，在作为光学窗口或头罩使用时，最外层SiC/SiO2复合层中的SiC就会氧化转变为SiO2，形成致密的SiO2膜，为多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜提供氧化保护。此外，多层膜的结构还能够提供多层防护，一旦最外面的氧化层和金刚石膜被消耗掉，次一层的SiC/SiO2梯度复合层就会转变成新的抗氧化外层，再次为多层复合自支撑膜整体提供氧化防护。
本发明的有益效果如下：
1）本发明采用微波等离子体化学气相沉积技术，多次在石墨表面进行SiC/SiO2梯度复合层制备、金刚石膜生长的交替，最底层和表层均为SiC/SiO2梯度复合层，使金刚石膜在使用过程中氧气接触面完全包裹在抗氧化层中，提高金刚石的抗氧化性。通过多层SiC、SiO2、金刚石膜循环交替复合，能够综合利用金刚石的高热导率、高硬度和高抗蚀性和SiC、SiO2良好的抗氧化性以及SiO2优异的透过率，使得获得的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜兼具良好的抗氧化性、抗蚀性、导热优良、透过性好等性能，使其完全达到红外窗口的使用标准。
2）本发明所制备的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜中，金刚石、SiC和SiO2三种材料的热膨胀系数（CTE）存在差异，其中CTESiC> CTE金刚石> CTESiO2，本发明通过制备SiC/SiO2梯度复合层，使其与金刚石间具有相近的热膨胀系数，有利于降低热膨胀系数差异产生的界面应力，提高层间的结合性能；另外，多层膜也有利于通过增加层数，降低每层膜的膜厚，降低层间界面应力；这两方面的共同作用保证自支撑膜整体中的应力处于较低的水平，不会在使用过程中因涂层剥落或开裂而失效。
3）本发明制备SiC/SiO2/金刚石多层复合膜属于自支撑膜，能够综合利用金刚石、SiC和SiO2的高透过性，其中SiO2的透过性优于金刚石，SiC的透过性则低于金刚石，通过控制工艺可调节获得具有不同透过性的多层复合自支撑膜，满足不同场合的应用需求。
4）本发明专利的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜在制备过程中，通过控制氢气，含硅碳气体或含硅气体及含碳气体的混合气体，氧气流量逐渐变化，腔体中反应气体浓度呈阶梯变化，使层内以及层间的成分，结构也呈现逐渐过渡的梯度变化分布，确保所制备的多层复合自支撑膜具有优异的结合性能。
5）化学气相沉积金刚石一般以柱状晶方式生长，随膜厚增加，金刚石柱状晶不断长大，使金刚石膜的断裂强度不断降低，本发明的SiC-SiO2/金刚石多层复合自支撑膜中，SiC-SiO2复合层作为抗氧化层的同时，还成为每层金刚石膜的形核基底，阻断金刚石沿上一层金刚石晶粒继续长大，促进金刚石重新形核和生长，这可以保证金刚石颗粒较为细小，通过细晶强化效应增强金刚石的断裂强度和材料的韧性。
6）在进行石墨基体氧化处理的过程中，氧等离子体先与石墨发生反应，将基体去除，之后与最底层的SiC层反应，使其向SiC/SiO2梯度复合层的转变，最底层将变为以SiO2成分居多的抗氧化层，进一步地提高多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜的抗氧化性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，此处的附图用来提供对本发明的进一步说明，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用来解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明自支撑膜的制备工艺流程图。
图中：1--石墨基体、2-SiC层、3-SiC/SiO2梯度复合层、4-金刚石膜。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明，以下结合参考附图并结合实施例对本发明作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
一种多层SiC/SiO2/金刚石复合自支撑膜，由SiC/SiO2梯度复合层3与金刚石膜4依次交替叠加而成，且顶层和底层均为SiC/SiO2梯度复合层3；SiC/SiO2梯度复合层3和金刚石膜4是采用微波等离子体化学气相沉积法制备而成的；SiC/SiO2梯度复合层3的厚度为20μm，金刚石膜4的厚度为5μm。
上述多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜的制备方法，包括如下步骤：
1）采用微波等离子体化学气相沉积法，以含硅碳气体作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体1表面制备SiC层2，如图1中的a所示；含硅碳气体为四甲基硅烷；
SiC层2的具体制备方法如下：石墨用去离子水和无水乙醇分别进行超声清洗，热风干燥；将清洗后的石墨置于微波等离子体化学气相沉积实验装置中，待炉内抽真空至0.1Pa以下，通入四甲基硅烷作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体1表面进行SiC层2的制备；其中工艺参数为：石墨基体1温度900℃，微波功率6kW，气体压强2kPa，氢气流量1000sccm，四甲基硅烷占氢气的体积百分比为10%。
2）通入氧气，逐渐增加氧气流量，同时缓慢降低四甲基硅烷的流量至0值，形成氧等离子体或氢氧等离子体对SiC层2进行微波氧等离子体刻蚀，将部分SiC转化为SiO2，形成SiC/SiO2梯度复合层3，如图1中的b所示；
SiC/SiO2梯度复合层3的具体制备方法如下：待SiC层2沉积完成后，通入氧气，控制四甲基硅烷流量逐渐降低至0 sccm，氧气流量逐渐增加至在真空腔室中形成氧等离子体或氢氧等离子体，进行微波氧等离子体刻蚀；刻蚀工艺参数为：功率3500W，气体压强10kPa，氧气流量700sccm，氢气流量500sccm，基体温度300℃，刻蚀时间5h。
3）通入甲烷，逐渐增加甲烷的流量同时逐渐降低氧气的流量，在SiC/SiO2梯度复合层3上沉积金刚石膜4，如图1中的c所示；
金刚石膜4的具体制备方法如下：SiC/SiO2梯度复合层3制备完成后，向实验装置中通入甲烷，缓慢增加甲烷流量的同时逐渐停止通入氧气，控制H2流量为100sccm，甲烷占H2的体积百分比为10%，气体压强为20kPa，基体温度950℃。
4）重复制备SiC层2、刻蚀形成SiC/SiO2梯度复合层3、沉积金刚石膜4的操作过程，如此反复交替，最终在石墨基体1上形成厚度为0.1mm的多层SiC/SiO2/金刚石复合层，如图1中的d所示。
5）将试件倒置，使石墨基体1裸露在微波氧等离子体中，将其氧化去除，最终得到完整的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜，如图1中的e所示；氧化去除石墨基体1的工艺参数为：功率500W，气体压强6kPa，氧气流量5sccm，氢气流量450sccm，基体温度300℃，刻蚀时间5h。
实施例2
一种多层SiC/SiO2/金刚石复合自支撑膜，由SiC/SiO2梯度复合层3与金刚石膜4依次交替叠加而成，且顶层和底层均为SiC/SiO2梯度复合层3；SiC/SiO2梯度复合层3和金刚石膜4是采用微波等离子体化学气相沉积法制备而成的；SiC/SiO2梯度复合层3的厚度为1μm，金刚石膜4的厚度为160μm。
上述多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜的制备方法，包括如下步骤：
1）采用微波等离子体化学气相沉积法，以含硅气体及含碳气体的混合气体作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体1表面制备SiC层2，如图1中的a所示；含硅气体为四氯化硅，含碳气体为甲烷；
SiC层2的具体制备方法如下：石墨用去离子水和无水乙醇分别进行超声清洗，热风干燥；将清洗后的石墨置于微波等离子体化学气相沉积实验装置中，待炉内抽真空至0.1Pa以下，通入四氯化硅和甲烷作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体1表面进行SiC层2的制备；其中工艺参数为：石墨基体1温度1150℃，微波功率10kW，气体压强6kPa，氢气流量650sccm，甲烷占氢气的体积百分比为0.1%，四氯化硅占氢气的体积百分比为10%。
2）通入氧气，逐渐增加氧气流量，同时缓慢降低四氯化硅和甲烷的混合气体的流量至0值，形成氧等离子体或氢氧等离子体对SiC层2进行微波氧等离子体刻蚀，将部分SiC转化为SiO2，形成SiC/SiO2梯度复合层3，如图1中的b所示；
SiC/SiO2梯度复合层3的具体制备方法如下：待SiC层2沉积完成后，通入氧气，控制含四氯化硅和甲烷的混合气体流量逐渐降低至0 sccm，氧气流量逐渐增加至在真空腔室中形成氧等离子体或氢氧等离子体，进行微波氧等离子体刻蚀；刻蚀工艺参数为：功率8000W，气体压强7kPa，氧气流量5sccm，氢气流量0sccm，基体温度900℃，刻蚀时间3h。
3）通入甲烷，逐渐增加甲烷的流量同时逐渐降低氧气的流量，在SiC/SiO2梯度复合层3上沉积金刚石膜4，如图1中的c所示；
金刚石膜4的具体制备方法如下：SiC/SiO2梯度复合层3制备完成后，向实验装置中通入甲烷，缓慢增加甲烷流量的同时逐渐停止通入氧气，控制H2流量为400sccm，甲烷占H2的体积百分比为6%，气体压强为15kPa，基体温度1100 ℃。
4）重复制备SiC层2、刻蚀形成SiC/SiO2梯度复合层3、沉积金刚石膜4的操作过程，如此反复交替，最终在石墨基体1上形成厚度为2mm的多层SiC/SiO2/金刚石复合层，如图1中的d所示。
5）将试件倒置，使石墨基体1裸露在微波氧等离子体中，将其氧化去除，最终得到完整的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜，如图1中的e所示；氧化去除石墨基体1的工艺参数为：功率3000W，气体压强8kPa，氧气流量350sccm，氢气流量500sccm，基体温度300℃，刻蚀时间5h。
实施例3
一种多层SiC/SiO2/金刚石复合自支撑膜，由SiC/SiO2梯度复合层3与金刚石膜4依次交替叠加而成，且顶层和底层均为SiC/SiO2梯度复合层3；SiC/SiO2梯度复合层3和金刚石膜4是采用微波等离子体化学气相沉积法制备而成的；SiC/SiO2梯度复合层3的厚度为40μm，金刚石膜4的厚度为200μm。
上述多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜的制备方法，包括如下步骤：
1）采用微波等离子体化学气相沉积法，以含硅碳气体作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体1表面制备SiC层2，如图1中的a所示；含硅碳气体为正硅酸乙酯；
SiC层2的具体制备方法如下：石墨用去离子水和无水乙醇分别进行超声清洗，热风干燥；将清洗后的石墨置于微波等离子体化学气相沉积实验装置中，待炉内抽真空至0.1Pa以下，通入正硅酸乙酯作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体1表面进行SiC层2的制备；其中工艺参数为：石墨基体1温度1200℃，微波功率2.5kW，气体压强13kPa，氢气流量300sccm，正硅酸乙酯占氢气的体积百分比为0.1%。
2）通入氧气，逐渐增加氧气流量，同时缓慢降低正硅酸乙酯的流量至0值，形成氧等离子体或氢氧等离子体对SiC层2进行微波氧等离子体刻蚀，将部分SiC转化为SiO2，形成SiC/SiO2梯度复合层3，如图1中的b所示；
SiC/SiO2梯度复合层3的具体制备方法如下：待SiC层2沉积完成后，通入氧气，控制正硅酸乙酯流量逐渐降低至0 sccm，氧气流量逐渐增加至在真空腔室中形成氧等离子体或氢氧等离子体，进行微波氧等离子体刻蚀；刻蚀工艺参数为：功率6000W，气体压强2kPa，氧气流量350sccm，氢气流量150sccm，基体温度500℃，刻蚀时间1.5h。
3）通入甲烷，逐渐增加甲烷的流量同时逐渐降低氧气的流量，在SiC/SiO2梯度复合层3上沉积金刚石膜4，如图1中的c所示；
金刚石膜4的具体制备方法如下：SiC/SiO2梯度复合层3制备完成后，向实验装置中通入甲烷，缓慢增加甲烷流量的同时逐渐停止通入O2，控制H2流量为1000sccm，甲烷占H2的体积百分比为3%，气体压强为10kPa，基体温度1000 ℃。
4）重复制备SiC层2、刻蚀形成SiC/SiO2梯度复合层3、沉积金刚石膜4的操作过程，如此反复交替，最终在石墨基体1上形成厚度为3mm的多层SiC/SiO2/金刚石复合层，如图1中的d所示。
5）将试件倒置，使石墨基体1裸露在微波氧等离子体中，将其氧化去除，最终得到完整的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜，如图1中的e所示；氧化去除石墨基体1的工艺参数为：功率8000W，气体压强2kPa，氧气流量650sccm，氢气流量200sccm，基体温度900℃，刻蚀时间1h。
实施例4
一种多层SiC/SiO2/金刚石复合自支撑膜，由SiC/SiO2梯度复合层3与金刚石膜4依次交替叠加而成，且顶层和底层均为SiC/SiO2梯度复合层3；SiC/SiO2梯度复合层3和金刚石膜4是采用微波等离子体化学气相沉积法制备而成的；SiC/SiO2梯度复合层3的厚度为50μm，金刚石膜4的厚度为95μm。
上述多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜的制备方法，包括如下步骤：
1）采用微波等离子体化学气相沉积法，以含硅气体及含碳气体的混合气体作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体1表面制备SiC层2，如图1中的a所示；含硅气体为硅烷，含碳气体为甲烷；
SiC层2的具体制备方法如下：石墨用去离子水和无水乙醇分别进行超声清洗，热风干燥；将清洗后的石墨置于微波等离子体化学气相沉积实验装置中，待炉内抽真空至0.1Pa以下，通入硅烷和甲烷的混合气体作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体1表面进行SiC层2的制备；其中工艺参数为：石墨基体1温度700℃，微波功率800W，气体压强20kPa，氢气流量100sccm，甲烷占氢气的体积百分比为10%，硅烷占氢气的体积百分比为0.1%。
2）通入氧气，逐渐增加氧气流量，同时缓慢降低硅烷和甲烷的流量至0值，形成氧等离子体或氢氧等离子体对SiC层2进行微波氧等离子体刻蚀，将部分SiC转化为SiO2，形成SiC/SiO2梯度复合层3，如图1中的b所示；
SiC/SiO2梯度复合层3的具体制备方法如下：待SiC层2沉积完成后，通入氧气，控制硅烷和甲烷的混合体流量逐渐降低至0 sccm，氧气流量逐渐增加至在真空腔室中形成氧等离子体或氢氧等离子体，进行微波氧等离子体刻蚀；刻蚀工艺参数为：功率500W，气体压强4kPa，氧气流量1000sccm，氢气流量300sccm，基体温度750℃，刻蚀时间5 min。
3）通入甲烷，逐渐增加甲烷的流量同时逐渐降低氧气的流量，在SiC/SiO2梯度复合层3上沉积金刚石膜4，如图1中的c所示；
金刚石膜4的具体制备方法如下：SiC/SiO2梯度复合层3制备完成后，向实验装置中通入甲烷，缓慢增加甲烷流量的同时逐渐停止通入氧气，控制H2流量为750sccm，甲烷占H2的体积百分比为0.5%，气体压强为5kPa，基体温度850 ℃。
4）重复制备SiC层2、刻蚀形成SiC/SiO2梯度复合层3、沉积金刚石膜4的操作过程，如此反复交替，最终在石墨基体1上形成厚度为1.5mm的多层SiC/SiO2/金刚石复合层，如图1中的d所示。
5）将试件倒置，使石墨基体1裸露在微波氧等离子体中，将其氧化去除，最终得到完整的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜，如图1中的e所示；氧化去除石墨基体1的工艺参数为：功率6500W，气体压强10kPa，氧气流量1000sccm，氢气流量0sccm，基体温度500℃，刻蚀时间5 min。
上面是对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜的制备方法，其特征在于：由SiC/SiO2梯度复合层与金刚石膜依次交替叠加而成，且顶层和底层均为SiC/SiO2梯度复合层，具体包括如下步骤：
1）采用微波等离子体化学气相沉积法，以含硅碳气体或含硅气体及含碳气体的混合气体作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体表面制备SiC层；
2）通入氧气，并逐渐增加氧气流量，同时缓慢降低含硅碳气体或含硅气体及含碳气体的混合气体的流量至0值，形成氧等离子体或氢氧等离子体对SiC层进行微波氧等离子体刻蚀，将部分SiC转化为SiO2，形成SiC/SiO2梯度复合层；
3）通入甲烷，并逐渐增加甲烷的流量同时逐渐降低氧气的流量，在SiC/SiO2梯度复合层上沉积金刚石膜；
4）重复制备SiC层、刻蚀形成SiC/SiO2梯度复合层、沉积金刚石膜的操作过程，如此反复交替，最终在石墨基体上形成厚度为0.1-3mm的多层SiC/SiO2/金刚石复合层；
5）将试件倒置，使石墨基体裸露在微波氧等离子体中，将其氧化去除，最终得到完整的多层SiC/SiO2/金刚石复合的自支撑膜。
2.根据权利要求1所述的多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜的制备方法，其特征在于：SiC/SiO2梯度复合层和金刚石膜是采用微波等离子体化学气相沉积法制备而成的。
3.根据权利要求2所述的多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜的制备方法，其特征在于：SiC/SiO2梯度复合层的厚度为1-50μm，金刚石膜的厚度为5-200μm。
4.根据权利要求1所述的多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜的制备方法，其特征在于：
SiC层的具体制备方法如下：石墨用去离子水和无水乙醇分别进行超声清洗，热风干燥；将清洗后的石墨置于微波等离子体化学气相沉积实验装置中，待炉内抽真空至0.1Pa以下，通入含硅碳气体或含硅气体及含碳气体的混合气体作为先驱体、氢气作为反应气体，在石墨基体表面进行SiC层的制备；其中工艺参数为：石墨基体温度700-1200℃，微波功率800W-10kW，气体压强2-20kPa，采用含硅碳气体作为先驱体、氢气作为反应气体时，氢气流量100-1000sccm，含硅碳气体占氢气的体积百分比为0.1-10%；采用含硅气体及含碳气体的混合气体作为先驱体、氢气作为反应气体时，氢气流量100-1000sccm，含碳气体占氢气的体积百分比为0.1-10%，含硅气体占氢气的体积百分比为0.1%-10%；
SiC/SiO2梯度复合层的具体制备方法如下：待SiC层沉积完成后，通入氧气，控制含硅碳气体或含硅气体及含碳气体的混合气体流量逐渐降低至0 sccm，氧气流量逐渐增加至在真空腔室中形成氧等离子体或氢氧等离子体，进行微波氧等离子体刻蚀；刻蚀工艺参数为：功率500-8000W，气体压强2-10kPa，氧气流量5-1000sccm，氢气流量0-500sccm，基体温度300-900℃，刻蚀时间5 min-5h；
金刚石膜的具体制备方法如下：SiC/SiO2梯度复合层制备完成后，向装置中通入甲烷，缓慢增加甲烷流量的同时逐渐停止通入氧气，控制H2流量为100-1000sccm，甲烷占H2的体积百分比为0.5%-10%，气体压强为5-20kPa，基体温度850-1100 ℃；
氧化去除石墨基体的工艺参数为：功率500-8000W，气体压强2-10kPa，氧气流量5-1000sccm，氢气流量0-500sccm，基体温度300-900℃，刻蚀时间5 min-5h。
5.根据权利要求1所述的多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜的制备方法，其特征在于：含硅碳气体为四甲基硅烷、三氯甲基硅烷或正硅酸乙酯。
6.根据权利要求1所述的多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜的制备方法，其特征在于：含硅气体为四氯化硅、三氯氢硅、二氯甲硅烷、氯硅烷或硅烷。
7.根据权利要求1所述的多层碳化硅/二氧化硅/金刚石复合自支撑膜的制备方法，其特征在于：含碳气体为含碳的烃类。
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