[發明專利]采用熱電子等離子體技術制備類金剛石涂層的方法

有效

• 申請號: 201910133115.0
• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN109778136B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 郎文昌;劉俊紅;劉偉
• 申請（專利權）人: 蘇州艾鈦科納米科技有限公司
• 主分類號: C23C16/02
• 分類號: C23C16/02;C23C16/27;C23C16/513
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 王鑫

一種熱電子等離子體制備類金剛石涂層的方法，其包括打底過渡層及類金剛石涂層；其通過利用電磁增強磁控濺射制備打底過渡層，隨后既可以利用弧光強流熱電子等離子體也可以利用燈絲熱電子等離子體制備類金剛石涂層；其中弧光強流熱電子是通過中心陽極將帶有擋板的電弧放電過程中的電子引出，燈絲熱電子是通過加熱高溫燈絲，燈絲發射電子在磁場及電場的作用引出，熱電子在向陽極運動過程中，與氣體發生碰撞并離化，離化的碳離子沉積在工件表面獲得類金剛石涂層；弧光強流熱電子及燈絲熱電子束流大，在電場及磁場作用下碳氫氣體的離化率急劇增大，增大了沉積速率。

技術領域

本發明屬于真空鍍膜設備技術領域，涉及一種采用熱電子等離子體技術制備類金剛石涂層的方法。

背景技術

類金剛石薄膜(Diamond-like carbon film，DLC)由于具有許多優異的物理、化學性能，如高硬度、低摩擦系數、優良的耐磨性、高介電常數、高擊穿電壓、寬帶隙、化學惰性和生物相容性等。經過多年的發展，DLC薄膜在很多領域的應用也已進入實用和工業化生產階段。

現有的DLC沉積技術主要是物理氣相沉積(PVD)及化學氣相沉積(CVD)，其中，PVD主要包括離子束沉積(IBD)、磁控濺射、多弧離子鍍、脈沖激光沉積等，CVD包括熱絲化學氣相沉積、等離子化學增強氣相沉積(PECVD)。這幾種技術都存在一些問題，主要表現在以下幾個方面：離子束沉積因石墨濺射速率低二沉積速率低；磁控濺射沉積一方面濺射速率低，另一方面原子能量低導致結構疏松硬度低；多弧離子鍍沉積過程中會產生大量碳顆粒；脈沖激光沉積能耗高，涂層均勻性差，有效沉積區小；熱絲氣相沉積技術沉積溫度高，極大地限制了基體材料的范圍；PECVD雖然有效的降低了反應溫度，但沉積過程中沉積效率較低，碳原子離化率低，成膜質量結構不夠致密。

而現有的類金剛石涂層PVD設備主要是通過單一的磁控濺射技術與等離子體離化碳氫氣體相結合，利用PECVD(等離子輔助化學氣相沉積)技術沉積獲得類金剛石涂層，一方面此類設備粒子源沉積速率低，生產效率低，另一方面此類設備離化率低，類金剛石涂層表面結構疏松，成膜質量差。現有的磁控濺射陰極制備類金剛石涂層裝置，其類金剛石涂層結構達不到良好效果的主要原因就是磁控濺射過程中的粒子離化率低，同時濺射過程中受磁場的影響，靶面刻蝕溝道影響靶材的使用壽命，增大了類金剛石涂層的制備成本。

現有的工業化生產的類金剛石涂層主要時通過利用常規輝光放電制備而成的，利用高偏壓施加于轉架之上，利用高電壓所形成的氣體之間的輝光放電對碳氫氣體進行離化，離化的碳粒子沉積在電場的作用下沉積在待鍍工件上。這種方式的主要缺點包括：一、沉積速率慢、非類金剛石相多，常規輝光放電碳氫氣體離化率低，離子能量低，形成的類金剛石涂層中，非SP3鍵含量高；二、待鍍工件易打火，良品率低，施加高偏壓，沉積絕緣涂層，待鍍工件上易出現電子聚集打火，影響待鍍工件表面涂層質量及良品率。

因此，如何解決上述問題，是本來領域技術人員著重要研究的內容。

發明內容

為克服上述現有技術中的不足，本發明目的在于提供一種采用熱電子等離子體技術制備類金剛石涂層的方法；該方法有助于提高類金剛石涂層成膜質量及生產效率。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種采用熱電子等離子體技術制備類金剛石涂層的方法，包括以下步驟：

第一步，待鍍工件的等離子清洗：所述等離子清洗為將真空腔室抽至本底真空5E-3pa以下時，通入流量為50-500sccm的氬氣及流量為50-500sccm氫氣，隨后啟動弧光強流熱電子裝置中的電弧離子鍍弧源，電流80-120A，中心陽極接弧電源正極，在20-500V的偏壓梯度，利用氬離子及氫離子對待鍍工件進行清洗，隨后關閉氫氣，利用氬氣對待鍍工件進行表面活化及清洗；