一种耐高温无机胶、制备方法、应用及限制CVD金刚石晶种漂移的方法

摘要

本发明提供一种耐高温无机胶、制备方法、应用及限制CVD晶种漂移的方法。耐高温无机胶包括：硅酸铝100～400重量份；磷酸铝50～200重量份；氧化铜‑铜‑钛‑金刚石复合材料或氧化铜‑钛‑金刚石复合材料50～400重量份；磷酸50～200重量份；分散剂100～400重量份。限制CVD金刚石晶种漂移的方法，在CVD金刚石晶种化学气相沉积生长前，在CVD金刚石晶种的底部涂覆耐高温无机胶，平压在钼片上并进行固化。本发明耐高温无机胶能够耐温1200℃以上且容易胶结取下；通过耐高温无机胶将CVD金刚石晶种与钼片粘结，在化学气相沉积生长时限制晶种漂移。

说明书

技术领域

本发明涉及无机胶和金刚石技术领域，尤其涉及一种耐高温无机胶、制备方法、应用及限制CVD晶种漂移的方法。

背景技术

在CVD金刚石晶种生长初期，由于晶种较薄，质量较轻，晶种底部与沉积平台如钼片接触面光华摩檫力不够，在升温过程种由于钼片表面吸附的气体脱吸附，使得金刚石与钼片形成“气垫”，容易造成样品移动，到处飘动，甚至漂出钼片区域，无法生长。常用的处理方法有钼片开槽限制晶种漂移的范围、钼片表面毛化等，但晶种仍然有可能飞出槽外，导致生长中断。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐高温无机胶、制备方法、应用及限制CVD晶种漂移的方法，以解决现有技术中金CVD金刚石晶种漂移的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种耐高温无机胶，包括如下各组分：

硅酸铝100～400重量份，如100～200重量份、200～300重量份或300～400重量份；

磷酸铝50～200重量份，如50～100重量份、100～150重量份或150～200重量份；

氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料或氧化铜-钛-金刚石复合材料50～400重量份，如50～150重量份、150～200重量份或200～400重量份；

磷酸50～200重量份，如50～100重量份、100～150重量份或150～200重量份；

分散剂100～400重量份，如100～200重量份、200～300重量份或300～400重量份。

优选地，以所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料或所述氧化铜-钛-金刚石复合材料总质量计，各组分的质量百分比如下：

金刚石73～98.9％，如73～81％、81～90％或90～98.9％；

钛0.1～2％，如0.1～1％、1～1.5％或1.5～2％；

铜0～20％，如0～4.5％、4.5～15％或15～20％；

氧化铜1～5％，如1～3％、3～4％或4～5％；

和/或，所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料或所述氧化铜-钛-金刚石复合材料的粒径为5～40μm，如5～10μm、10～20μm、20～30μm或30～40μm；

和/或，所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料或所述氧化铜-钛-金刚石复合材料通过包括如下步骤的制备方法获得：

1)将金刚石和钛粉在真空条件下进行加热、保温、降温和筛分，得到表面镀钛的金刚石；

2)将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石进行电镀铜，得到铜-钛-金刚石复合材料；

3)将步骤2)得到的铜-钛-金刚石复合材料在氧气条件下进行表面铜的部分氧化或全部氧化、筛分；

和/或，所述分散剂选自水和乙醇中的至少一种。

更优选地，步骤1)中，所述金刚石的粒径为5～30μm，如5～10μm、10～20μm或20～30μm；

和/或，步骤1)中，所述钛粉的粒径为100～400目，如100～110目、110～120目、120～130目、130～190目或190～400目；

和/或，步骤1)中，所述加热的温度为800～1200℃，如800～900℃、900～1000℃或1000～1200℃；

和/或，步骤1)中，所述保温的时间为2～12h，如2～6h、6～8h或8～12h；

和/或，步骤1)中，所述降温的速率为2～20℃/min，如2～10℃/min、10～15℃/min或15～20℃/min；

和/或，步骤1)中，所述筛分的目数为5～40μm，如5～10μm、10～20μm、20～30μm或30～40μm；

和/或，步骤2)中，将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石放置于电镀设备内进行电镀铜；

和/或，步骤2)中，电镀铜使用的溶液为硫酸铜溶液；

和/或，步骤2)中，电镀铜的时间为0.5～6h，如0.5～3h、3～5h或5～6h；

和/或，步骤3)中，所述氧化的温度为500～800℃，如500～600℃、600～700℃或700～800℃；

和/或，步骤3)中，采用沸腾床加热至氧化的温度；

和/或，步骤3)中，所述筛分的目数为5～40μm，如5～10μm、10～20μm、20～30μm或30～40μm。

本发明第二方面提供上述耐高温无机胶的制备方法，将各组分进行混合研磨，得到所述耐高温无机胶。可以研磨至颗粒度低于600目。

本发明第三方面提供上述耐高温无机胶在限制CVD金刚石晶种漂移中的应用。

优选地，在CVD金刚石晶种化学气相沉积生长前，在CVD金刚石晶种的底部涂覆所述耐高温无机胶，平压在钼片上并进行固化。

更优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：

a1)固化温度为100～140℃，如100～120℃、120～130℃或130～140℃；

a2)固化时间为1～3h，如1～2h、2～2.5h或2.5～3h；

a3)固化后进行第一次升温保温、第二次升温保温和第三次升温保温，然后再进行降温，清洁CVD金刚石晶种表面。

再更优选地，特征a3)中，还包括如下技术特征中的至少一项：

a31)第一次升温保温中升温后的温度为450～550℃，如450～500℃、500～525℃或525～550℃；

a32)第一次升温保温中保温的时间为0.5～1.5h，如0.5～1h、1～1.1h或1.1～1.5h；

a33)第二次升温保温中升温后的温度为950～1050℃，如950～980℃、980～1000℃或1000～1050℃；

a34)第二次升温保温中保温的时间为0.5～1.5h，如0.5～1h或1～1.5h；

a35)第三次升温保温中升温后的温度为1150～1250℃，如1150～1180℃、1180～1200℃或1200～1250℃；

a36)第三次升温保温中保温的时间为0.5～1.5h，如0.5～0.8h、0.8～1h或1～1.5h；

a37)第三次升温保温后再进行降温，清洁CVD金刚石晶种表面。

本发明第四方面提供一种限制CVD金刚石晶种漂移的方法，在CVD金刚石晶种化学气相沉积生长前，在CVD金刚石晶种的底部涂覆所述耐高温无机胶，平压在钼片上并进行固化。

优选地，还包括如下技术特征中的至少一项：

b1)固化温度为100～140℃，如100～120℃、120～130℃或130～140℃；

b2)固化时间为1～3h，如1～2h、2～2.5h或2.5～3h；

b3)固化后进行第一次升温保温、第二次升温保温和第三次升温保温，然后再进行降温，清洁CVD金刚石晶种表面。

更优选地，特征b3)中，还包括如下技术特征中的至少一项：

b31)第一次升温保温中升温后的温度为450～550℃，如450～500℃、500～525℃或525～550℃；

b32)第一次升温保温中保温的时间为0.5～1.5h，如0.5～1h、1～1.1h或1.1～1.5h；

b33)第二次升温保温中升温后的温度为950～1050℃，如950～980℃、980～1000℃或1000～1050℃；

b34)第二次升温保温中保温的时间为0.5～1.5h，如0.5～1h或1～1.5h；

b35)第三次升温保温中升温后的温度为1150～1250℃，如1150～1180℃、1180～1200℃或1200～1250℃；

b36)第三次升温保温中保温的时间为0.5～1.5h，如0.5～0.8h、0.8～1h或1～1.5h；

b37)第三次升温保温后再进行降温，清洁CVD金刚石晶种表面。

上述技术方案具有以下有益效果中的至少一项：

1)本发明耐高温无机胶能够耐温1200℃以上；

2)本发明耐高温无机胶用于CVD金刚石晶种与钼片粘结后，通过浸泡在水中一段时间后容易从钼片上取下CVD金刚石晶种，方便快捷；

3)本发明通过耐高温无机胶将CVD金刚石晶种与钼片粘结，在化学气相沉积生长时限制CVD晶种漂移，方便快捷，CVD金刚石晶种能够随时胶结到钼片上，且易从钼片上取下(只需浸泡在水中一段时间)，节约成本，不需要对沉积平台开槽。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

实施例1

耐高温无机胶包括如下各组分：

硅酸铝100重量份；

磷酸铝50重量份；

氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料150重量份；

磷酸100重量份；

水100重量份。

以所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料或所述氧化铜-钛-金刚石复合材料总质量计，各组分的质量百分比如下：

金刚石73％；

钛2％；

铜20％；

氧化铜5％；

所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料或所述氧化铜-钛-金刚石复合材料的粒径为5～40μm；所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料通过包括如下步骤的制备方法获得：

1)将金刚石和钛粉在真空条件下进行加热、保温、降温和筛分，得到表面镀钛的金刚石；其中，所述金刚石的粒径为5～10μm；所述钛粉的粒径为100～110目；所述加热的温度为800℃；所述保温的时间为12h；所述降温的速率为10℃/min；所述筛分的目数为40μm；

2)将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石进行电镀铜，得到铜-钛-金刚石复合材料；其中，将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石放置于电镀设备内进行电镀铜；电镀铜使用的溶液为硫酸铜溶液；电镀铜的时间为6h；

3)将步骤2)得到的铜-钛-金刚石复合材料在氧气条件下进行表面铜的部分氧化或全部氧化、筛分；其中，所述氧化的温度为700℃；采用沸腾床加热至氧化的温度；所述筛分的目数为40μm。

耐高温无机胶的制备方法：将上述各组分进行混合研磨均匀获得。

限制CVD金刚石晶种漂移的方法，在CVD金刚石晶种化学气相沉积生长前，在CVD金刚石晶种的底部涂覆该耐高温无机胶，平压在钼片上，手指可按并前后左右移动CVD金刚石晶种，将多余耐高温无机胶挤出CVD金刚石晶种的底部，擦除CVD金刚石晶种四周的胶，放置于真空炉内，加热至120℃保温2.5h(固化)，加热至500℃保温0.5h(第一次升温保温)，加热至1000℃保温1h(第二次升温保温)，加热至1200℃保温0.5h(第三次升温保温)。按照10℃/min速率降温至室温，取出，擦除样品表面的灰尘、颗粒物等。然后将其放置于CVD沉积设备内，先通入氢气和氧气进行刻蚀，氢气流量为600sccm，氧气流量为0.04sccm，刻蚀温度为800℃，刻蚀时间为2h；通入氢气和甲烷进行生长，化学气相沉积功率为6000W，化学气相沉积气压为35kpa，化学气相沉积温度为1200℃，氢气流量为1000sccm，甲烷流量为100sccm，生长过程中未出现CVD金刚石晶种漂移。

将降温至室温的粘结的CVD金刚石晶种和钼片倒置，未发生CVD金刚石晶种掉落。

将降温至室温的粘结的CVD金刚石晶种和钼片至于浸泡在水中8h，CVD金刚石晶种才与钼片分离。

实施例2

耐高温无机胶包括如下各组分：

硅酸铝300重量份；

磷酸铝200重量份；

氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料200重量份；

磷酸50重量份；

乙醇300重量份。

以所述氧化铜-钛-金刚石复合材料总质量计，各组分的质量百分比如下：

金刚石98.9％；

钛0.1％；

氧化铜1％；

所述氧化铜-钛-金刚石复合材料的粒径为5～40μm；所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料通过包括如下步骤的制备方法获得：

1)将金刚石和钛粉在真空条件下进行加热、保温、降温和筛分，得到表面镀钛的金刚石；其中，所述金刚石的粒径为10～30μm；所述钛粉的粒径为120～190目；所述加热的温度为1200℃；所述保温的时间为8h；所述降温的速率为20℃/min；所述筛分的目数为30μm；

2)将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石进行电镀铜，得到铜-钛-金刚石复合材料；其中，将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石放置于电镀设备内进行电镀铜；电镀铜使用的溶液为硫酸铜溶液；电镀铜的时间为3h；

3)将步骤2)得到的铜-钛-金刚石复合材料在氧气条件下进行表面铜的全部氧化、筛分；其中，所述氧化的温度为800℃；采用沸腾床加热至氧化的温度；所述筛分的目数为30μm。

耐高温无机胶的制备方法：将上述各组分进行混合研磨均匀获得。

限制CVD金刚石晶种漂移的方法，在CVD金刚石晶种化学气相沉积生长前，在CVD金刚石晶种的底部涂覆该耐高温无机胶，平压在钼片上，手指可按并前后左右移动CVD金刚石晶种，将多余耐高温无机胶挤出CVD金刚石晶种的底部，擦除CVD金刚石晶种四周的胶，放置于真空炉内，加热至140℃保温1h(固化)，加热至450℃保温1h(第一次升温保温)，加热至950℃保温1.5h(第二次升温保温)，加热至1250℃保温0.8h(第三次升温保温)。按照10℃/min速率降温至室温，取出，擦除样品表面的灰尘、颗粒物等。然后将其放置于CVD沉积设备内，先通入氢气和氧气进行刻蚀，氢气流量为600sccm，氧气流量为0.04sccm，刻蚀温度为800℃，刻蚀时间为2h；通入氢气和甲烷进行生长，化学气相沉积功率为6000W，化学气相沉积气压为35kpa，化学气相沉积温度为1200℃，氢气流量为1000sccm，甲烷流量为100sccm，生长过程中未出现CVD金刚石晶种漂移。

将降温至室温的粘结的CVD金刚石晶种和钼片倒置，未发生CVD金刚石晶种掉落。

将降温至室温的粘结的CVD金刚石晶种和钼片至于浸泡在水中8h，CVD金刚石晶种才与钼片分离。

实施例3

耐高温无机胶包括如下各组分：

硅酸铝400重量份；

磷酸铝150重量份；

氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料400重量份；

磷酸150重量份；

水400重量份。

以所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料或所述氧化铜-钛-金刚石复合材料总质量计，各组分的质量百分比如下：

金刚石81％；

钛1％；

铜15％；

氧化铜3％；

所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料或所述氧化铜-钛-金刚石复合材料的粒径为5～20μm；所述氧化铜-铜-钛-金刚石复合材料通过包括如下步骤的制备方法获得：

1)将金刚石和钛粉在真空条件下进行加热、保温、降温和筛分，得到表面镀钛的金刚石；其中，所述金刚石的粒径为5～20μm；所述钛粉的粒径为100～130目；所述加热的温度为1000℃；所述保温的时间为2h；所述降温的速率为2℃/min；所述筛分的目数为20μm；

2)将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石进行电镀铜，得到铜-钛-金刚石复合材料；其中，将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石放置于电镀设备内进行电镀铜；电镀铜使用的溶液为硫酸铜溶液；电镀铜的时间为0.5h；

3)将步骤2)得到的铜-钛-金刚石复合材料在氧气条件下进行表面铜的部分氧化或全部氧化、筛分；其中，所述氧化的温度为500℃；采用沸腾床加热至氧化的温度；所述筛分的目数为20μm。

耐高温无机胶的制备方法：将上述各组分进行混合研磨均匀获得。

限制CVD金刚石晶种漂移的方法，在CVD金刚石晶种化学气相沉积生长前，在CVD金刚石晶种的底部涂覆该耐高温无机胶，平压在钼片上，手指可按并前后左右移动CVD金刚石晶种，将多余耐高温无机胶挤出CVD金刚石晶种的底部，擦除CVD金刚石晶种四周的胶，放置于真空炉内，加热至100℃保温3h(固化)，加热至550℃保温1.5h(第一次升温保温)，加热至1050℃保温0.5h(第二次升温保温)，加热至1150℃保温1.5h(第三次升温保温)。按照10℃/min速率降温至室温，取出，擦除样品表面的灰尘、颗粒物等。然后将其放置于CVD沉积设备内，先通入氢气和氧气进行刻蚀，氢气流量为600sccm，氧气流量为0.04sccm，刻蚀温度为800℃，刻蚀时间为2h；通入氢气和甲烷进行生长，化学气相沉积功率为6000W，化学气相沉积气压为35kpa，化学气相沉积温度为1200℃，氢气流量为1000sccm，甲烷流量为100sccm，生长过程中未出现CVD金刚石晶种漂移。

将降温至室温的粘结的CVD金刚石晶种和钼片倒置，未发生CVD金刚石晶种掉落。

将降温至室温的粘结的CVD金刚石晶种和钼片至于浸泡在水中8h，CVD金刚石晶种才与钼片分离。

实施例4

耐高温无机胶包括如下各组分：

硅酸铝200重量份；

磷酸铝100重量份；

氧化铜-钛-金刚石复合材料50重量份；

磷酸200重量份；

水200重量份。

以氧化铜-钛-金刚石复合材料总质量计，各组分的质量百分比如下：

金刚石90％；

钛1.5％；

铜4.5％氧化铜4％；

所述氧化铜-钛-金刚石复合材料的粒径为5～10μm；所述氧化铜-钛-金刚石复合材料通过包括如下步骤的制备方法获得：

1)将金刚石和钛粉在真空条件下进行加热、保温、降温和筛分，得到表面镀钛的金刚石；其中，所述金刚石的粒径为5～10μm；所述钛粉的粒径为100～110目；所述加热的温度为900℃；所述保温的时间为6h；所述降温的速率为15℃/min；所述筛分的目数为10μm；

2)将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石进行电镀铜，得到铜-钛-金刚石复合材料；其中，将步骤1)得到的表面镀钛的金刚石放置于电镀设备内进行电镀铜；电镀铜使用的溶液为硫酸铜溶液；电镀铜的时间为5h；

3)将步骤2)得到的铜-钛-金刚石复合材料在氧气条件下进行表面铜的部分氧化或全部氧化、筛分；其中，所述氧化的温度为600℃；采用沸腾床加热至氧化的温度；所述筛分的目数为10μm。

耐高温无机胶的制备方法：将上述各组分进行混合研磨均匀获得。

限制CVD金刚石晶种漂移的方法，在CVD金刚石晶种化学气相沉积生长前，在CVD金刚石晶种的底部涂覆该耐高温无机胶，平压在钼片上，手指可按并前后左右移动CVD金刚石晶种，将多余耐高温无机胶挤出CVD金刚石晶种的底部，擦除CVD金刚石晶种四周的胶，放置于真空炉内，加热至130℃保温2h(固化)，加热至525℃保温1.1h(第一次升温保温)，加热至980℃保温1h(第二次升温保温)，加热至1180℃保温1h(第三次升温保温)。按照10℃/min速率降温至室温，取出，擦除样品表面的灰尘、颗粒物等。然后将其放置于CVD沉积设备内，先通入氢气和氧气进行刻蚀，氢气流量为600sccm，氧气流量为0.04sccm，刻蚀温度为800℃，刻蚀时间为2h；通入氢气和甲烷进行生长，化学气相沉积功率为6000W，化学气相沉积气压为35kpa，化学气相沉积温度为1200℃，氢气流量为1000sccm，甲烷流量为100sccm，生长过程中未出现CVD金刚石晶种漂移。

将降温至室温的粘结的CVD金刚石晶种和钼片倒置，未发生CVD金刚石晶种掉落。

将降温至室温的粘结的CVD金刚石晶种和钼片至于浸泡在水中8h，CVD金刚石晶种才与钼片分离。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。