[發明專利]用于形成無定形硬碳涂層的方法和設備

在審

• 申請號: 201310341531.2
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103572249A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 糸村大輔;寺亮之介
• 申請（專利權）人: 株式會社電裝
• 主分類號: C23C16/27
• 分類號: C23C16/27
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 蔣駿;劉春元

技術領域

本發明涉及用于形成由無定形碳組成的硬涂層的方法和設備。更特別地，本發明涉及用于通過等離子CVD（化學氣相沉積）方法形成無定形且硬的碳涂層（即也被稱作類金剛石碳（DLC）的碳涂層）的方法和設備。除了當該涂層被用作需要耐磨性的諸如汽車零件的機械零件中的防護涂層時的諸如良好的耐磨性之類的DLC涂層所固有的特性之外，該DLC涂層還能夠展示出對襯底的良好固定性。

背景技術

迄今為止，由于等離子處于反應活性狀態，所以等離子已經在諸如表面處理、膜或者涂層的形成、和刻蝕的加工領域中被廣泛利用。進一步，為了增加等離子處理的速度的目的，存在增加等離子密度的想法，由此增加反應活性品類的量，即反應中間物的量。此外，一種典型的等離子應用存在于DLC涂層的形成中。該DLC涂層已經在諸如金屬塑模、切削工具、磁性以及光學零件、半導體零件、以及汽車零件的多種多樣的工業零件或元件中被廣泛用作表面防護涂層。通常，在DLC涂層的形成中，諸如甲烷和乙炔的碳氫化合物氣體在等離子空氣中被電解分離或電離，并且得到的原子團和離子在該襯底的表面上形成DLC涂層時被用作反應活性品類。如在上面提到的等離子處理中，通常通過為了以高速形成DLC涂層的目的使用具有高密度的反應活性品類的高密度等離子，來執行DLC涂層的形成。

將進一步描述通過使用等離子處理進行的DLC涂層的形成。例如，JP2004-323973A描述了用于在襯底的表面上形成DLC涂層的方法，其中使用了合成過程，該合成過程是基于對使用至少一種碳氫化合物氣體的脈沖等離子的使用的對離子注入過程和沉積過程的組合，以便改進涂層形成的工作效率。進一步，JP2010-146683A描述了在疊層上形成防護DLC涂層的方法，該疊層包括襯底和利用將碳氫化合物氣體用作為起始材料的等離子CVD方法而在襯底（即磁記錄介質）上形成的薄金屬層，得到的DLC涂層對防止由于與該介質接觸或者在磁頭的介質上滑動而引起的磁記錄層的損壞和腐蝕是有效的。

如上述JP公開以及其他專利公開中所述的，由于所使用的等離子具有高反應活性，所以該等離子處理能夠展示出在諸如表面改性和涂層的多種多樣的應用中的利用價值的高度增加的水平。然而，當將被處理的大量制品在等離子處理的實踐中必須分批受到等離子處理時，出現了等離子的生成速度被延緩的問題。進一步地，在大量制品的分批處理中所使用的加工設備意味著，其引起商業投資的成本的增加。也就是說，當DLC涂層被用于多種多樣的制品的制造中時，出現了增加制造成本的問題。

進一步，當將DLC涂層所應用至的制品意圖重復受到任何滑動移動時，換句話回所，當該制品是被廣泛用于汽車零件的領域中的滑動構件時，尤其是其襯底是由任何含鐵材料所形成的滑動構件時，因為這種DLC涂層不能被堅固固定至該襯底，所以出現了一種問題，即該制品不能在長時間段內被穩定使用而不引起DLC涂層的分離。DLC涂層為何具有低固定屬性的原因是，因為在DLC涂層的形成期間，在DLC涂層中能夠生成顯著增加的內應力，并且DLC涂層展示出與底層襯底的不充分的兼容性。

此外，例如，為了獲得高密度等離子以便以高速形成DLC涂層的目的，例如已經提出了通過增加所應用氣體的壓強來增加反應活性品類本身的量的方法、通過增加電場強度來增加電離程度的方法、以及利用電場的施加來將所生成等離子保持在反應腔內的方法。然而，依靠磁場的施加的方法不足以獲得顯著增加的等離子密度，該等離子密度比常規上施加的10⁸/cm³至10¹⁰/cm³的等離子密度高一個數量級。進一步地，對于增加氣體壓強的方法以及增加電場強度的方法，即增加電源的電壓的方法，出現了關于等離子加工過程的問題。也就是說，所生成的等離子能夠被轉變為電弧放電（高溫等離子），而不被轉變為在等離子加工過程中所常規使用的輝光放電（低溫等離子）。

能夠通過將被施加至電極的電壓除以該對置電極之間的距離，來計算該電場的強度。因此，如果縮短該電極之間的距離以便提供電極區域的最小規模，則將增加電場的強度。然而，當縮短該距離時，出現了關于等離子生成的新問題。即，在這種情況下，必須將高度增加的電壓施加至該電極，以生成所期望的等離子水平。