[實(shí)用新型]高界面強(qiáng)度類金剛石薄膜材料的常溫沉積設(shè)備

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201020673327.2
• 申請(qǐng)日: 2010-12-22
• 公開（公告）號(hào): CN201962349U
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭錦華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鄭錦華;鄭州大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/27
• 分類號(hào): C23C16/27;C23C14/06
• 代理公司: 鄭州大通專利商標(biāo)代理有限公司 41111
• 代理人: 陳大通

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種DLC類金剛石薄膜材料的沉積方法和設(shè)備，特別是涉及一種高界面結(jié)合強(qiáng)度多孔非連續(xù)表面類金剛石薄膜材料的常溫沉積設(shè)備及其常溫沉積方法。

背景技術(shù)

類金剛石薄膜（Diamond-like?Carbon?Films，簡(jiǎn)稱DLC薄膜）是一類硬度、光學(xué)、電學(xué)、化學(xué)和摩擦學(xué)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(xué)惰性、低介電常數(shù)、寬光學(xué)帶隙、良好的生物相容性等特點(diǎn)。它可以應(yīng)用于機(jī)械、電子、化學(xué)、軍事、航空航天等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

目前，制備DLC薄膜的方法主要包括物理氣相沉積和化學(xué)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(qiáng)化學(xué)氣相沉積等。雖然其中的大多數(shù)方法能沉積出質(zhì)量較好的類金剛石薄膜，但是氣相合成實(shí)驗(yàn)裝置的復(fù)雜性和基底的高溫都導(dǎo)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(shí)際應(yīng)用。

類金剛石（DLC）薄膜材料在低摩擦固體潤(rùn)滑耐磨材料中是最有代表性的一類材料，90年代國(guó)外已實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。但是為了拓寬其應(yīng)用范圍，需要進(jìn)一步提高其界面強(qiáng)度，如何能夠進(jìn)一步提高其界面強(qiáng)度是各國(guó)研究的技術(shù)重點(diǎn)?，F(xiàn)已開發(fā)了多種中間過渡介質(zhì)材料技術(shù)，如對(duì)于機(jī)械零件的復(fù)合表面處理DLC類金剛石薄膜構(gòu)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(shù)開發(fā)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(shù)的改進(jìn)，已可以生產(chǎn)無氫DLC類金剛石薄膜，并成功地用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)和連桿曲軸的制造。國(guó)內(nèi)目前DLC類金剛石薄膜材料還處于研究階段，并不具有產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)，但有不少單位也在積極地研究開發(fā)中，如北京科技大學(xué)、上海交大、廣東有色金屬研究院、勝利油田東營(yíng)迪孚公司、吉林大學(xué)、北京天地金剛石公司等。

目前，對(duì)于DLC類金剛石薄膜材料制造技術(shù)方面存在的關(guān)鍵問題是沒有很好地解決界面強(qiáng)度問題，從而導(dǎo)致無法實(shí)際應(yīng)用。據(jù)報(bào)道，最近北京科技大學(xué)通過涂硼予處理已解決了界面強(qiáng)度問題。其實(shí)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?qū)?dǎo)致DLC類金剛石薄膜的高成本和制造設(shè)備的復(fù)雜化，同時(shí)容易產(chǎn)生過程污染，對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零部件（凹凸結(jié)構(gòu)）的加工也有相當(dāng)大的難度。

關(guān)于DLC類金剛石薄膜材料制備方面的專利文獻(xiàn)報(bào)道也有不少，例如：1、申請(qǐng)?zhí)枮?00910066757.X、實(shí)用新型名稱為“?一種低溫沉積折射率可變的類金剛石薄膜的方法”的實(shí)用新型專利，該實(shí)用新型專利采用已有的真空室及工藝配置；在室溫下，調(diào)節(jié)基底至有柵Kaufman離子源之間的距離；調(diào)節(jié)真空室的真空度達(dá)到2×10^-3Pa量級(jí)；選擇CH₄和H₂作為先驅(qū)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(fù)偏壓；沉積開始后，真空室的真空度保持在1×10^-2Pa量級(jí)，控制有柵Kaufman?離子源的放電電流為120mA。離子束能量在100eV-600eV時(shí)，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(qǐng)?zhí)枮镃N200810103011.7、實(shí)用新型名稱為“一種低電壓液相電沉積制備類金剛石薄膜的方法”的實(shí)用新型專利，該實(shí)用新型專利以氧化銦錫導(dǎo)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(dǎo)電玻璃陰極上沉積出類金剛石薄膜。該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低、沉積速率快及成膜均一性好等優(yōu)點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。3、申請(qǐng)?zhí)枮?00810110529.3、實(shí)用新型名稱為“一種TiC/DLC多層薄膜的沉積方法”的實(shí)用新型專利，該實(shí)用新型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(diào)節(jié)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(shù)沉積的TiC/DLC多層薄膜內(nèi)應(yīng)力小于類金剛石單層薄膜的內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)保持了類金剛石薄膜高硬度和低摩擦系數(shù)的性能特點(diǎn)，沉積的TiC/DLC多層膜總厚度可以達(dá)到2μm，且具有優(yōu)異的耐磨損性能。

本實(shí)用新型內(nèi)容