[發明專利]高界面強度類金剛石薄膜材料的常溫沉積設備及其方法

無效

• 申請號: 201010599609.7
• 申請日: 2010-12-22
• 公開（公告）號: CN102011102A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 鄭錦華
• 申請（專利權）人: 鄭錦華;鄭州大學
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27;C23C16/50
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

技術領域

本發明涉及一種DLC類金剛石薄膜材料的沉積方法和設備，特別是涉及一種高界面結合強度多孔非連續表面類金剛石薄膜材料的常溫沉積設備及其常溫沉積方法。

背景技術

類金剛石薄膜（Diamond-like?Carbon?Films，簡稱DLC薄膜）是一類硬度、光學、電學、化學和摩擦學等特性都類似于金剛石的非晶碳膜。例如，它具有高硬度、抗摩擦、化學惰性、低介電常數、寬光學帶隙、良好的生物相容性等特點。它可以應用于機械、電子、化學、軍事、航空航天等領域，具有廣闊的應用前景。

目前，制備DLC類金剛石薄膜的方法主要包括物理氣相沉積和化學氣相沉積，例如離子束沉積、陰極弧沉積、濺射沉積和等離子體增強化學氣相沉積等。雖然其中的大多數方法能沉積出質量較好的類金剛石薄膜，但是氣相合成實驗裝置的復雜性和基底的高溫都導致了這些方法具有一定的局限性，在一定程度上限制了DLC類金剛石薄膜的實際應用。

類金剛石（DLC）薄膜材料在低摩擦固體潤滑耐磨材料中是最有代表性的一類材料，90年代國外已實現了產業化。但是為了拓寬其應用范圍，需要進一步提高其界面強度，如何能夠進一步提高其界面強度是各國研究的技術重點。現已開發了多種中間過渡介質材料技術，如對于機械零件的復合表面處理DLC類金剛石薄膜構造有：Si＋DLC、浸碳＋Cr＋DLC、Cr/W＋DLC和原子注入氮化處理+DLC等。隨著不斷的技術開發和研究，其制造方法也不斷地增多，例如：PVD物理氣相沉積法技術的改進，已可以生產無氫DLC類金剛石薄膜，并成功地用于汽車發動機活塞環和連桿曲軸的制造。國內目前DLC類金剛石薄膜材料還處于研究階段，并不具有產業化生產技術，但有不少單位也在積極地研究開發中，如北京科技大學、上海交大、廣東有色金屬研究院、勝利油田東營迪孚公司、吉林大學、北京天地金剛石公司等。

目前，對于DLC類金剛石薄膜材料制造技術方面存在的關鍵問題是沒有很好地解決界面強度問題，從而導致無法實際應用。據報道，最近北京科技大學通過涂硼予處理已解決了界面強度問題。其實硼化物、硅、金屬碳化物、金屬氮化物等作為中間過渡層都能夠解決DLC類金剛石薄膜的界面問題，但是涂覆和沉積的兩道工序將導致DLC類金剛石薄膜的高成本和制造設備的復雜化，同時容易產生過程污染，對復雜結構零部件（凹凸結構）的加工也有相當大的難度。

關于DLC類金剛石薄膜材料制備方面的專利文獻報道也有不少，例如：1、申請號為200910066757.X、發明名稱為“?一種低溫沉積折射率可變的類金剛石薄膜的方法”的發明專利，該發明專利采用已有的真空室及工藝配置；在室溫下，調節基底至有柵Kaufman離子源之間的距離；調節真空室的真空度達到2×10^-3Pa量級；選擇CH₄和H₂作為先驅氣體，按4∶1的比例，輸送到有柵Kaufman?離子源中，沉積開始前，要先在基底上施加-20V的負偏壓；沉積開始后，真空室的真空度保持在1×10^-2Pa量級，控制有柵Kaufman?離子源的放電電流為120mA。離子束能量在100eV-600eV時，可在基底上得到折射率為1.7-2.3之間的類金剛石薄膜。2、申請號為200810103011.7、發明名稱為“一種低電壓液相電沉積制備類金剛石薄膜的方法”的發明專利，該發明專利以氧化銦錫導電玻璃為陰極，鉑片為陽極，甲酰胺為電解液，在常溫條件下，通過在陰陽兩電極之間施加3～30V的直流電壓，可在氧化銦錫導電玻璃陰極上沉積出類金剛石薄膜。該方法具有設備簡單、能耗低、沉積速率快及成膜均一性好等優點，易于實現工業化生產。3、申請號為200810110529.3、發明名稱為“一種TiC/DLC多層薄膜的沉積方法”的發明專利，該發明專利采用磁過濾鈦電弧源沉積Ti層；采用脈沖石墨電弧源沉積DLC層；采用磁過濾鈦電弧源和脈沖石墨電弧源共同沉積TiC層，通過調節脈沖石墨電弧源的脈沖頻率來控制TiC層中的Ti含量。采用電弧離子鍍技術沉積的TiC/DLC多層薄膜內應力小于類金剛石單層薄膜的內應力，同時保持了類金剛石薄膜高硬度和低摩擦系數的性能特點，沉積的TiC/DLC多層膜總厚度可以達到2μm，且具有優異的耐磨損性能。?

發明內容