本發(fā)明屬于鍍膜技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及粉體表面預(yù)處理和粉體表面CVD法鍍鎢的方法，可用于金剛石磨料工具和電子封裝材料的前期處理。

技術(shù)背景

金剛石具有極高的硬度、良好的耐蝕耐磨性能和低的熱膨脹系數(shù)，在機械、鉆探領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛能，而且金剛石無與倫比的熱導(dǎo)性能(室溫下為2000W·m^-1,約為常用的優(yōu)良導(dǎo)熱體銅的5倍)和銅在工業(yè)的經(jīng)濟意義促使金剛石/銅復(fù)合材料成為第三代高性能電子封裝材料的研究重點。目前金剛石產(chǎn)品主要是通過與金屬粉末燒結(jié)而制成的。由于金剛石為共價結(jié)合的晶體，表面能較高，與基體金屬的潤濕性比較差，在工作中容易脫落。因此，如何使金剛石與基體間形成牢固的結(jié)合是一個關(guān)鍵的技術(shù)難題。金剛石表面金屬化可以解決金剛石表面潤濕性差的問題。目前金剛石金屬化的方法有化學氣相沉積鍍、化學鍍和電鍍、鹽浴鍍、擴散鍍、磁控濺射鍍等，而電鍍或化學鍍等方法操作技術(shù)性比較高，要精確控制溶液配比，且會引入其它雜質(zhì)，而磁控濺射鍍、雙陰極等離子鍍每次鍍覆的粉體的數(shù)量有限。

采用化學氣相沉積方法制備表面鍍層，沉積速度快，效率高，可以在粉體上沉積幾百納米到幾毫米厚的涂層。沉積過程中，繞度性好，可以沉積出組織均勻致密的鍍層。鎢是難熔金屬中熔點最高的金屬，具有高硬度、極佳的化學穩(wěn)定性，并且是典型的碳化物形成元素。通過化學氣相沉積在金剛石粉體表面鍍覆鎢層，可提高金剛石與其它金屬的結(jié)合強度，使金剛石工具的性能更穩(wěn)定，并且使金剛石/銅復(fù)合材料作為電子封裝材料的性能得到提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是針對現(xiàn)有粉體表面鍍鎢成本高、鍍層厚度均勻性差、與金剛石顆?；w界面結(jié)合效果不好而提出的一種金剛石粉體表面鍍鎢的方法，其具有簡單高效、鍍層致密均勻、膜層成分結(jié)構(gòu)單一、膜層與基體結(jié)合牢固等特點。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種金剛石粉體表面鍍鎢的方法，采用的是化學氣相沉積法，化學氣相沉積前對金剛石粉體進行預(yù)處理，具體工藝過程依次為：丙酮超聲清洗除有機物→在NaOH溶液中超聲清洗除油(如在10g/L的NaOH溶液中超聲清洗除油)→在HNO₃中超聲清洗粗化(如在質(zhì)量百分含量10％的HNO₃中超聲清洗粗化)→烘干，每一步之后，都用去離子水沖洗至中性，烘干；

將烘干的金剛石顆粒均勻的平鋪于加熱平臺上，然后將平臺固定于加熱爐中，在通氫氣氣氛下將溫度加熱到550℃～700℃后保溫10～60min，然后再通入WF₆，反應(yīng)沉積一段時間，沉積過程中保持平臺震動，然后關(guān)閉WF₆，再保溫10～60min，然后自然冷卻至室溫，最后關(guān)閉H₂通入。

通入反應(yīng)氣體配比為H₂:WF₆＝1L:1～3g。

反應(yīng)時間可根據(jù)需要層厚調(diào)節(jié)。

在沉積550℃～700℃溫度范圍，利用六氟化鎢和氫氣之間的還原反應(yīng)(H₂+WF₆→W+HF)，還原生成鎢原子在金剛石粉體表面形成鎢鍍層。

本發(fā)明采用的設(shè)備：加熱平臺為T型平臺，加熱爐上端側(cè)面設(shè)有氣體進口，下端側(cè)面設(shè)有氣體出口，加熱爐下端內(nèi)底面還設(shè)有凹槽，T型平臺可置于加熱爐內(nèi)，T型平臺的底端可以固定在凹槽內(nèi)。T型平臺采用加熱棒制備而成，能夠進行加熱，進一步T型平臺外表面還設(shè)有一層導(dǎo)熱膜。

經(jīng)化學氣相沉積鍍覆后金剛石粉體表面能形成均勻致密的鍍覆層，且鍍層雜質(zhì)含量少，物相為α-W。

有益效果：

1)發(fā)明方法工序及所需設(shè)備簡單，易于操作，沉積速度快，效率高。

2)本發(fā)明可在金剛石粉體表面形成一層均勻致密的鎢沉積層(如圖2)，且鍍層純度高、結(jié)構(gòu)單一(如圖3、4)。

3)鍍層與基體結(jié)合良好(如圖5)，鍍鎢后的金剛石粉體與銅粉熱壓燒結(jié)為24×7×6mm的塊體，經(jīng)分析測試壓塊熱膨脹系數(shù)降低、抗彎強度提高近40％。

附圖說明

圖1沉積設(shè)備示意圖；

圖2不同溫度下即實施例1-3金剛石粉體鍍鎢表面形貌，

圖3鍍層X射線衍射結(jié)構(gòu)分析；

圖4鍍層能譜成分分析；

圖5普通金剛石和鍍鎢金剛石與銅粉熱壓后斷面形貌。

具體實施方式

一種在金剛石表面形成金屬鎢鍍層的方法：

金剛石的除油及粗化處理。首先將金剛石用乙醇超聲清洗20min；然后用丙酮超聲清洗20min,去除附在表面的有機物；再將金剛石放在溫度為60℃10g/L的NaOH溶液中超聲清洗30min，除去金剛石表面的油污，用去離子水沖洗至中性。最后放在60℃溫度10％的HN0₃超聲清洗30min,對金剛石表面進行粗化，再用去離子水沖洗至中性。最終將金剛石顆粒烘干。

實施例1

將2g左右烘干的金剛石顆粒均勻的平鋪于加熱平臺上，然后將平臺放于加熱爐中，在氫氣氣氛下將溫度加熱到550℃后保溫0.5h；按H₂通入量為1L/min，WF₆通入量1g/min通入反應(yīng)氣體；沉積過程中保持平臺震動。反應(yīng)2min后關(guān)閉WF₆再保溫0.5h。緩慢冷卻至室溫后將金剛石粉體取出。經(jīng)低倍觀察發(fā)現(xiàn)獲得鎢鍍層均勻致密(厚度約5um)，鍍層結(jié)構(gòu)單一，且具有較高純度。

實施例2

將2g左右烘干的金剛石顆粒均勻的平鋪于加熱平臺上，然后將平臺放于加熱爐中，在氫氣氣氛下將溫度加熱到620℃后保溫0.5h，按H₂通入量為1L/min，WF₆消耗量2g/min，反應(yīng)2min后關(guān)閉WF₆再保溫0.5h。沉積過程中保持平臺震動。緩慢冷卻至室溫后將金剛石粉體取出。經(jīng)低倍觀察發(fā)現(xiàn)獲得鎢鍍層均勻致密(厚度約10um)，鍍層結(jié)構(gòu)單一，且具有較高純度。

實施例3

將2g左右烘干的金剛石顆粒均勻的平鋪于加熱平臺上，然后將平臺放于加熱爐中，在氫氣氣氛下將溫度加熱到700℃后保溫0.5h，按H₂通入量為1L/min，WF₆消耗量3g/min，反應(yīng)2min后關(guān)閉WF₆再保溫0.5h。沉積過程中保持平臺震動。緩慢冷卻至室溫后將金剛石粉體取出。經(jīng)低倍觀察發(fā)現(xiàn)獲得鎢鍍層均勻致密(厚度約15um)，鍍層結(jié)構(gòu)單一，且具有較高純度。

鍍層與基體結(jié)合良好(如圖5)，將實施例3的鍍鎢后的質(zhì)量分數(shù)為8.77％金剛石粉體與銅粉(200目～250目)熱壓燒結(jié)(燒結(jié)參數(shù)為：760℃,50KN，5分鐘)為24×7×6mm的塊體，經(jīng)分析測試壓塊熱膨脹系數(shù)降低、抗彎強度提高近40％。

表1抗彎強度的測試結(jié)果/MPa

表2熱膨脹系數(shù)的測試結(jié)果

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