[發明專利]新型制備不粘鍋涂層的方法

在審

• 申請號: 201810427145.8
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108611622A
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 吳明忠;湛蘭;李慕勤;閆洪澤
• 申請（專利權）人: 佳木斯大學
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/40;A47J36/02;C23C16/02
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 賈澤純

新型制備不粘鍋涂層的方法，本發明涉及材料表面處理技術領域，具體涉及新型制備不粘鍋涂層的方法。本發明是要解決現有市售的Teflon不粘鍋涂層抗劃擦性能差，壽命低的問題。方法：本發明利用金屬網與金屬鍋體形成空心陰極封閉體，利用“空心陰極效應”產生的高等離子體密度以及DLN膜層結構。本發明用于制備不粘鍋涂層。

技術領域

本發明涉及材料表面處理技術領域，具體涉及新型制備不粘鍋涂層的方法。

背景技術

Teflon進入炊具領域是它的超低的摩擦系數和表面能，Teflon的摩擦系數在所有塑料中 是最小的，它的表面能在所有固體材料中也是最低的，這些性能都使得其他物質很難在其 表面附著。有機不粘涂層的性能雖然強大，但它們耐磨性較差。隨著不粘炊具使用時間的 延長，涂層多多少少都會受損，甚至出現剝落的情況；同時有研究表明，制造Teflon涂料所 需的核心成分全氟辛酸銨(PFOA)，在動物實驗中被證實有致癌作用和其他不良后果。因 此，美國環境保護署要求，在2010年要削減95％的PFOA使用量，到2015年要全面禁用。因 此，人們急切期望一種替代Teflon的材料的問世。

DLN(diamond-like nanocomposite film)是納米SiO₂改性的類金剛石(DLC-diamond-like film)薄膜。其除具有DLC較高的化學惰性和較低的摩擦系數，此外，DLN還具有較低表 面能，具有抗粘附性能，已被應用到模具和零部件的表面防護。同時，與高分子材料Teflon 相比，DLN涂層具有較高的硬度，提高其抗劃擦性能。因此，DLN涂層是一種理想的Teflon 替代材料。

為延長不粘鍋使用壽命，現有Teflon的厚度一般為20μm～25μm。由于DLN涂層本身結 構特征以及與金屬基體之間物理性能相差較大，使得厚度超過10μm的DLN涂層很難制備。 因此，如何制備具有一定厚度、高質量和高沉積速率的DLN膜，成為我們研究的目標。

目前DLC涂層的制備主要采用等離子體增強化學氣象沉積(plasma enhancedchemical vapor deposition，PECVD)工藝。PECVD技術是在工件上接上負偏壓電源，利用含有碳氫 元素前驅體(如乙炔或甲烷等)、Si和O元素前驅體(如六甲基二硅氧烷)形成的混合氣體 輝光放電沉積DLC膜。如實驗室一般采用射頻電源，射頻制備DLC膜不易大規模工業化生 產，主要體現在：(1)射頻功率越高，越不容易耦合到等離子體上；(2)RF等離子體 不易滲透到工件孔及邊緣處；(3)沉積速率較低，僅為1～2μm/h。此外，一些研究人員采 用脈沖偏壓方法，同樣獲得了較好的DLC，但是膜層一般較薄，主要是由于等離子體密度 不夠高。

發明內容

本發明是要解決現有市售的Teflon不粘鍋涂層抗劃擦性能差，壽命低的問題，而提供 新型制備不粘鍋涂層的方法。

新型制備不粘鍋涂層的方法是按以下步驟進行：

一、空心陰極結構制備：將金屬網與金屬鍋連接形成封閉腔體，然后放置在真空室內 的絕緣柱上，將金屬網與高頻高壓脈沖電源的高壓脈沖輸出端相連；

二、濺射清洗：將真空室抽真空，待真空室內的真空度小于10^-3Pa時，通入氮氣或混合氣體至真空室內的真空度為1～3Pa，開啟高頻高壓脈沖電源，調整高頻高壓脈沖電源輸出，在金屬網與金屬鍋體形成的封閉體內產生空心陰極放電，高能Ar⁺和H⁺濺射清洗鍋體 內表面，對清潔后的金屬網與金屬鍋進行濺射清洗；所述混合氣體為氬氣與氫氣的混合氣體；

三、Si過渡層制備：①：向真空室內通入含Si元素氣體1～5s，開啟高頻高壓脈沖電源， 調節高頻高壓電源輸出脈沖電壓值為1～6kV；②：采用高能氬離子轟擊8～10min；③：連 續重復第①步和第②步5～10次，形成Si元素與基體金屬混雜層；