[發明專利]類富勒烯碳/類石墨烯氮化硼多層超滑薄膜的制備方法

有效

• 申請號: 201711382569.9
• 申請日: 2017-12-20
• 公開（公告）號: CN108203810B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 高凱雄;高斌基;張俊彥;張斌;王永富;強力
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種類富勒烯碳層/類石墨烯氮化硼多層復合超潤滑薄膜的制備方法，具體步驟為：1）依次在無水乙醇和丙酮中超聲清洗基底15min?30min；2）氬等離子體轟擊清洗基底15min；3）利用高真空中頻磁控濺射制備具有洋蔥狀結構的類富勒烯碳層A；4）利用高真空中頻磁控濺射鍍膜設備濺射單質硼靶制備類石墨烯氮化硼層B；5）重復步驟3）和步驟4），經過60?80個周期獲得按照ABAB……ABA的順序疊加沉積而獲得多層復合薄膜。本發明制備的多層復合超潤滑薄膜將克服單一薄膜的缺點，發揮各自的優點，取長補短，從而獲得高承載、耐磨損、耐高溫和超潤滑的高性能薄膜。

技術領域

本發明屬于潤滑與防護領域，涉及類富勒烯碳/類石墨烯氮化硼多層超滑薄膜的制備方法。

背景技術

目前，薄膜材料已經廣泛地應用于潤滑領域、計算機領域、云儲存、傳感器、精密運動機械、微電子學、航空宇航和核工業等各個行業中，其應用范圍和作用還在不斷地擴大。

薄膜材料應用于潤滑領域已有多年。實踐表明，摩擦與磨損大多數發生在材料表面和亞表面。因此，提高材料摩擦學性能的關鍵是如何提高材料的表面性能。通過在材料的表面形成薄膜，可以在不改變材料本身性質的同時有效地改變材料表面的摩擦學性能，從而使材料滿足不同的使用要求。

然而，隨著航空宇航、云儲存、大數據、柔性可穿戴等新技術產業的迅速發展，不僅對極端苛刻工況（真空、高低溫交變、高速、高負載等）條件下服役的潤滑薄膜材料提出了更加嚴格的要求，而且由于裝備的高可靠、高精度和長壽命方面的要求，對具有超低摩擦和多環境適應性的新型潤滑薄膜材料也提出了越來越迫切的需求。

類富勒烯結構碳膜，因其具有低的摩擦系數、高硬度、良好的彈性恢復以及優良的耐磨性能，已作為一種先進的固體潤滑材料而受到科學界和工業界的青睞。

氮化硼（h-BN），具有與石墨相似的層狀結構，每一層由許多扁平的六角形單元構成，層間以范德華力相結合，層間具有極低的剪切力，具備成為超潤滑材料的巨大潛質。在空氣中非常穩定，能耐受2270K的高溫，在3270K時升華。因此，六方氮化硼可以作為高溫固體潤滑材料而備受關注。

然而，薄膜材料的研制已經從單層、單一組分向復合化、梯度化和多層化發展。單一的薄膜已經無法滿足苛刻的工況和眾多設備對高可靠、高精度和長壽命方面的要求，迫切地需要我們制備出性能優異和多環境適應的可靠薄膜。多層復合薄膜將克服單一薄膜的缺點，發揮各自的優點，取長補短，而獲得上述需求的高質量薄膜。

多層復合薄膜因其易于實現超潤滑、低應力和耐磨損而備受關注。超潤滑是指兩接觸面間摩擦力幾乎為零甚至消失的現象，通常認為摩擦系數須小于0.01。因此，綜合兩種或多種薄膜各自的優異性能，發揮各自優點，使得多層復合薄膜獲得超潤滑性能成為了現實。

發明內容

本發明的目的在于提供類富勒烯碳/類石墨烯氮化硼多層超滑薄膜的制備方法。

本發明主要綜合了類富勒烯碳膜的高承載和類石墨烯氮化硼薄膜在高溫條件下的低剪切力特點，從而獲得高溫超潤滑復合薄膜。本發明獲得了類富勒烯薄膜和類石墨烯氮化硼薄膜的多層結構，該結構有效地削弱了殘余應力，顯著提高了薄膜與基底間的結合力，解決了氮化硼薄膜在高密度粒子轟擊下產生的缺陷。

類富勒烯碳/類石墨烯氮化硼多層超滑薄膜的制備方法，其特征在于具體步驟為：

1）依次在無水乙醇和丙酮中超聲清洗基底15min-30min；

2）氬（Ar）等離子體轟擊清洗基底15min；

3）利用高真空中頻磁控濺射制備具有洋蔥狀結構的類富勒烯碳層A；

4）利用高真空中頻磁控濺射鍍膜設備濺射單質硼靶制備類石墨烯氮化硼層B；