中国粉体网讯  近日，国家知识产权局公布了中国石油化工股份有限公司（以下简称“中国石化”）一项名为“一种CVD金刚石自支撑膜及其制备方法”的专利（公开号CN 119685788 A）。这项技术不仅标志着我国在超硬材料领域的关键突破，更可能为半导体、光学、新能源等高端产业注入“钻石级”的硬核支撑。

CVD金刚石膜：为何被称为“工业钻石”？

金刚石膜凭借其硬度高、强度大、导热性好、热膨胀系数小、化学稳定性高、禁带宽度大、介电系数小等优异的理化性质，在超硬刀具、地质勘探、高功率半导体、高功率微波窗口等领域具备广泛的应用场景。

当金刚石膜厚度达到一定尺寸(>1mm)，则称其为CVD金刚石自支撑膜，可扩展作为石油钻探切削元件使用，取代目前常用的聚晶金刚石(PCD)钻头切削元件。

自20世纪低压CVD技术成功制备金刚石以来，全球围绕其工业化应用的竞争从未停歇。传统金刚石膜存在厚度不均、韧性不足、热丝积碳等问题，限制了大规模应用。近年来，随着微波等离子体CVD等技术的成熟，美、日等国的企业已将其用于红外窗口、高功率激光器件等尖端领域。我国虽起步较晚，但通过热丝CVD、直流电弧等离子体喷射等技术，逐步缩小了与国际差距。

北京科技大学使用 DC Arc Plasma Jet CVD 制备的金刚石膜板宏观照片

图源：刘金龙等. CVD金刚石自支撑膜的研究进展

专利详解：如何“种”出一张金刚石膜？

中国石化此次公开的专利，聚焦于“自支撑膜”，厚度是毫米级，为多层复合结构，由金刚石相含量高的增硬层和金刚石相含量较低、石墨相含量较高的增韧层交替排列而成。

本发明所提供的CVD金刚石自支撑膜制备方法通过在热丝沉积系统中间歇性引入氧元素，利用氧对石墨相碳的定向刻蚀作用，有效减缓热丝积碳现象，实现了系统的长时间稳定沉积，同时净化CVD金刚石，细化晶粒，提高其力学性能。

该CVD金刚石膜具有良好的硬度及韧性，可作为切削元件用于石油钻探等地质勘探领域，其制备方法是在基底上交替沉积增硬层和增韧层，包括如下步骤：

1）采用第一沉积工艺在基底上沉积增硬层，所述第一沉积工艺为将第一气相流、第二气相流和第三气相流分别通入CVD金刚石沉积炉，设施参数为第一沉积工艺参数，并运行第一沉积时长；

2）采用第一过渡工艺对步骤1中的第一沉积工艺进行过渡处理，所述第一过渡工艺为停止通入第一气相流和第三气相流，调整第一沉积工艺参数为第一过渡工艺参数，并运行第一过渡时长；

3）采用第二沉积工艺在步骤2得到的增硬层上继续沉积增韧层，所述第二沉积工艺为将第一气相流、第二气相流分别通入CVD金刚石沉积炉，设置CVD金刚石沉积炉沉积参数为第二沉积工艺参数，并运行第二沉积时长；

4）采用第二过渡工艺对步骤3中的第二沉积工艺进行过渡处理，所述第二过渡工艺为停止通入第一气相流，调整第二沉积工艺参数为第二过渡工艺参数，并运行第二过渡时长；

5）重复操作步骤1至步骤4，直至CVD金刚石自支撑膜厚度达到要求

应用场景：从芯片散热到太空探索

金刚石自支撑膜的产业化，将彻底改写多个领域的技术路线：

1.半导体散热：5G/6G芯片、高功率激光器的散热需求激增，金刚石膜的热导率（约2000 W/m·K）是铜的5倍，可大幅提升设备稳定性；

2.光学窗口：用于导弹整流罩、深空探测器，耐受极端温度与辐射环境；

3.机械加工：作为超硬刀具涂层，寿命提升数十倍，助力精密制造；

4.新能源领域：氢燃料电池质子交换膜、核聚变装置内壁涂层的潜在应用。

参考来源：

1.国家知识产权局，金融界，证券之星以及网络公开信息

2.刘金龙等. CVD金刚石自支撑膜的研究进展. 表面技术

（中国粉体网编辑整理/轻言）

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