[發明專利]一種高附著力高硬度低摩擦系數類金剛石膜的涂層設備

有效

• 申請號: 201310725837.8
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103668061B
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 陳遠達;王勝云;何靜
• 申請（專利權）人: 湖南中航超強金剛石膜高科技有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種可實現高附著力、高硬度、低摩擦系數類金剛石膜的涂層設備，它包括涂層室、行星旋轉工件架、磁過濾弧源、分子泵。本發明采用磁過濾功能與高真空多弧靶結構，采用本發明制作的類金剛石膜涂層具有結構致密、附著力強、硬度高、摩擦系數小等優點。

技術領域

本發明涉及一種類金剛石膜涂層設備。

背景技術

類金剛石膜涂層(Diamond-like Carbon)簡稱DLC涂層。類金剛石（DLC）薄膜是一種含有一定量金剛石鍵（sp2和sp3）的非晶碳的亞穩類的薄膜。薄膜的主要成分是碳，因為碳能以三種不同的雜化方式sp3、sp2和sp1存在,所以碳可以形成不同晶體的和無序的結構。這也使得對碳基薄膜的研究變得復雜化。在sp3雜化結構中，一個碳原子的四個價電子被分配到具有四面體結構的定向的sp3軌道中，碳原子與相鄰的原子形成很強的♂鍵，這種鍵合方式我們通常也稱之為金剛石鍵。在sp2雜化結構中，碳的四個價電子中的三個進入三角形的定向的sp2軌道中，并在一個平面上形成♂鍵，第四個電子位于同♂鍵一個平面的pπ軌道。π軌道同一個或多個相鄰的原子形成弱的π鍵。而在sp1結構中，四個價電子中的兩個進入π軌道后各自在沿著x軸的方向上形成♂鍵，而另外兩個價電子則進入y軸和z軸的pπ軌道形成π鍵。DLC碳膜可以被摻雜不同的元素得到摻雜的DLC(N-DLC)薄膜。它們中的C都是以sp3、sp2和sp1的鍵合方式而存在，因而有諸多與金剛石膜相似的性能。

類金剛石(DLC)膜具有許多與金剛石相似或相近的優良性能，如硬度高、彈性模量高、摩擦系數低、生物相溶性好、聲學性能好、電學性能佳等。DLC薄膜發展到今天，已經為越來越多的研究者和工業界所熟知和關注，在工業各領域都有極大的應用前景。目前DLC薄膜已經在航空航天、精密機械、微電子機械裝置、磁盤存儲器、汽車零部件、光學器材和生物醫學等多個領域有廣泛的應用，是具有重要應用前景的高性能的無機非金屬薄膜材料。

美國已經將類金剛石薄膜材料作為21世紀的戰略材料之一。目前類金剛石膜的研究、開發、制備及應用正向深度和廣度推進。類金剛石制備的方法很多：如離子束輔助沉積、磁控濺射、真空陰極電弧沉積、等離子體增強化學氣相沉積、離子注入法等。但不同的制備方法，DLC 膜的成分、結構和性能有很大的差別。要實現大批量、大面積、質優的DLC 膜的應用，還存在不少問題。如：目前大多數沉積設備或裝置都屬于實驗室使用原理型的設備，制備成本高、單爐次產量小、不能連續生產。不能作工業企業大批量生產，實現產業化的設備。

目前傳統設備或者裝置制備的涂層質量不穩定，涂層附著力差，膜層厚度極其微薄（1μm左右）等。不能滿足實際應用特別是在高運動付，高頻率摩擦的狹窄工件表面涂層DLC的質量要求。

發明內容

本發明是為了克服現有技術的不足，提供一種可規模化生產、實現產業化而且可實現高附著力、高硬度、低摩擦系數的類金剛石膜的涂層設備。

本發明是通過以下技術方案予以實現的：

一種高附著力高硬度低摩擦系數類金剛石膜的涂層設備，它包括涂層室、行星旋轉工件架、磁過濾弧源、分子泵、真空系統，所述涂層室為立式圓柱形，整體雙層水冷式結構，所述涂層室前部設有進料門，所述涂層室的頂部設有管狀加熱器、熱電偶接口，所述涂層室的底部設有進氣口和行星旋轉工件架，所述行星旋轉工件架底部連接有驅動系統，所述涂層室的側壁安裝有磁過濾弧源，所述涂層室的后部安裝有分子泵和真空系統。

進一步的，所述磁過濾弧源由引弧電極、陰極支架、靶材、推弧電磁線圈、聚焦電磁線圈、彎頭組成，所述靶材安裝在陰極支架上，所述引弧電極和所述陰極支架外接引弧電源，所述推弧電磁線圈和所述聚焦電磁線圈安裝在所述引弧電極和陰極支架產生電弧處的外圍。

進一步的，所述彎頭為錐度2°彎曲弧度為100°的錐度彎頭，所述錐度彎頭的外表面安裝有多個彎曲弧電磁線圈，在錐度彎頭內形成強度為0～20 mT的彎曲磁場。