申請號: 201310205716.0

       申請人: 中國科學院金屬研究所

       摘要： 本發明公開了一種多孔金剛石或多孔立方碳化硅自支撐膜的制備方法，包括：提供基體材料，并對基體材料表面進行預處理得到較高的金剛石形核率；將預處理過的基體置于微波等離子體化學氣相沉積或者熱絲化學氣相沉積反應器中，在600-900℃的溫度下，制備金剛石/立方碳化硅復合膜；將所得的復合膜進行選擇性刻蝕：1）在70℃以上的溫度下，在氫氟酸和硝酸的混合腐蝕液中刻蝕，得到多孔金剛石自支撐膜；（2）在500℃以上的溫度下，于含氧氣體的氣氛中加熱，得到多孔立方碳化硅自支撐膜。在不使用任何模板和電極材料的情況下，獲得的多孔金剛石和多孔立方碳化硅自支撐膜具有可控的孔徑，孔隙率以及厚度，適用于工業應用及基礎研究。 

       主權利要求 1.一種多孔金剛石或多孔立方碳化硅自支撐膜的制備方法，其特征在于：（1）提供基體材料，并對該基體表面進行預處理，在基體表面獲得高于109cm-2的金剛石形核率；（2）將預處理過的基體放入微波等離子體化學氣相沉積設備或者熱絲化學氣相沉積設備的反應腔體中，在500-1000℃的溫度下，充入反應性氣體進行化學氣相沉積，在基體表面生長金剛石/立方碳化硅復合膜；（3）在70℃以上的溫度，將步驟（2）獲得的金剛石/立方碳化硅復合膜在氫氟酸和硝酸的混合腐蝕液中腐蝕，除去其中的碳化硅相，得到多孔金剛石自支撐膜；或者在500℃以上的溫度，將金剛石/立方碳化硅復合膜于含氧氣氛中加熱，除去其中的金剛石相，得到多孔立方碳化硅自支撐膜。

       2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述基體材料 的表面粗糙度Rz低于5納米，所述基體材料為硅、鉬、石英、鎢或碳 化鎢。

       3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟（1）中， 所述預處理是將基體在含金剛石顆粒的研磨劑中研磨至少十分鐘；或 者，將基體在含金剛石顆粒的溶液中進行超聲處理至少十分鐘；或者 將基體在含金剛石的溶液中浸泡至少十分鐘。

       4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟（2）中， 所述反應性氣體為烴類、有機硅烷和氫氣，其中：所述反應性氣體流 量100sccm-1000sccm，有機硅烷與烴類的濃度比為6‰-75‰，烴類體 積濃度為0.5%-2%。

       5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟（2）中， 所述化學氣相沉積溫度為600-900℃，沉積速率為0.5微米/小時；在微 波等離子體設備中，微波功率為500瓦-3500瓦，氣壓為5Torr-100Torr； 在熱絲化學氣相沉積設備中，燈絲溫度為1800K-2200K，氣壓為 5Torr-30Torr。

       6.根據權利要求4或5所述的制備方法，其特征在于：步驟（2） 中，所述金剛石/立方碳化硅復合膜中，金剛石和立方碳化硅的含量比 通過有機硅烷與烴類的濃度比進行調控；所述金剛石/立方碳化硅復合 膜的厚度通過化學氣相沉積時間來控制；步驟（3）中獲得的多孔立方 碳化硅和多孔金剛石的孔徑大小和孔隙率通過調節金剛石和立方碳化 硅在復合膜中的分布和體積來實現。

       7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟（3）中， 所述氫氟酸和硝酸的混合腐蝕液中，氫氟酸和硝酸體積比為1：3–6： 1；腐蝕溫度為70℃以上，腐蝕時間1小時以上。

       8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟（3）中， 制備多孔立方碳化硅自支撐膜的過程中，所述含氧氣氛為空氣、純氧 氣或者含氧氣氛為氧氣和氬氣混合氣體，加熱溫度為500℃以上，加熱 時間1小時以上。

       9.根據權利要求1或8所述的制備方法，其特征在于：步驟（3） 中，將金剛石/立方碳化硅復合膜于含氧氣氛中加熱，除去其中的金剛 石相后，通過與酸液反應移除基體材料，得到自支撐多孔立方碳化硅 膜；其中：基體材料為硅、鉬、石英、鎢或碳化鎢；當基體為鉬或鎢 時：稀鹽酸或者稀硫酸；當基體為硅、石英或碳化鎢：HF和硝酸混合 液。

       10.根據權利要求1-9任一所述方法制備的多孔金剛石或多孔立方 碳化硅自支撐膜，其特征在于：所述多孔金剛石自支撐膜和多孔立方 碳化硅自支撐膜的孔徑大小為1微米以下，并且均勻分布；自支撐膜 的厚度能達到5微米以上。