[發明專利]一種無氫摻鋁非晶碳膜、制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201910851546.0
• 申請日: 2019-09-09
• 公開（公告）號: CN110468374A
• 公開（公告）日: 2019-11-19
• 發明（設計）人: 郭朝乾;汪唯;李洪;許偉;王紅莉;彭雅利;林松盛;石倩;韋春貝;蘇一凡;唐鵬;朱霞高;代明江
• 申請（專利權）人: 廣東省新材料研究所
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35
• 代理公司: 11463 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 李雙艷<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明公開了一種無氫摻鋁非晶碳膜、制備方法及其應用，其方法包括：以碳鋁復合靶作為靶材，采用磁控濺射法在基體表面沉積得到無氫摻鋁非晶碳膜，所得的無氫摻鋁非晶碳膜硬度高、致密性好、耐磨性優良，薄膜呈拉應力狀態，可直接用于基體的表面防護、裝飾；也可和其他壓應力態的膜層復合，制備低殘余應力或無殘余應力的多層薄膜。

技術領域

本發明涉及表面防護及涂層技術領域，具體而言，涉及一種無氫摻鋁非晶碳膜、制備方法及其應用。

背景技術

碳元素因其特殊的原子結構可以形成多種同素異形體。其中既含有sp²鍵又含有sp³鍵的非晶碳膜，具有硬度高、化學惰性好、摩擦系數低、耐磨性好等優點，具有廣闊的應用前景。

但非晶碳膜內部一般具有較高的殘余壓應力，導致薄膜很容易從基體剝落，造成薄膜失效。通過降低薄膜內部sp³鍵含量來降低薄膜應力，則會降低薄膜的力學性能，如硬度、彈性模量等，進而引起耐磨性能的下降。

鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種無氫摻鋁非晶碳膜、制備方法及其應用。

本發明是這樣實現的：

第一方面，本發明實施例提供一種無氫摻鋁非晶碳膜的制備方法，包括以下步驟：以碳鋁復合靶作為靶材，采用磁控濺射法在基體表面沉積得到無氫摻鋁非晶碳膜。

發明人經過大量的實驗發現：一方面，以鋁碳復合靶作為濺射靶材，可以避免由于靶材或者原料中含有氫元素而造成的成型薄膜的硬度低、耐磨性差的缺陷，這是由于本發明實施例中的靶材采用鋁碳復合靶，鋁碳復合靶中不含有氫元素，避免了使用含氫元素的靶材制備出的含氫非晶碳膜在高溫或輻照條件下，會發生sp³鍵向sp²鍵的轉變，進而引起力學性能下降的問題；另一方面，更重要的是，目前制得的含碳薄膜通常為壓應力態的薄膜，壓應力過高時，薄膜容易從基體剝落，造成薄膜失效，無法有效對于基體進行防護，而本發明實施例中利用碳鋁復合靶，可以沉積得到拉應力狀態的無氫摻鋁非晶碳膜。

在可選的實施方式中，碳鋁復合靶為同時濺射出碳和鋁的復合靶材；

優選的，碳鋁復合靶包括石墨靶中鑲嵌鋁棒或鋁條的復合靶、石墨與鋁粉復合的復合靶、石墨靶表面部分覆蓋鋁箔或鋁片的復合靶，更優選的，碳鋁復合靶選自在石墨靶中鑲嵌鋁棒的復合靶。

優選的，碳鋁復合靶中鋁含量為0.1at％－50at％。

本發明實施例中的濺射靶材為鋁碳復合靶，鋁碳復合靶作為濺射靶材，該靶材同時含有碳和鋁元素，而不含有氫元素，使沉積得到的薄膜具有高硬度和耐磨性，由于鋁碳復合靶在濺射的過程中產生的鋁離子更易和碳離子相互吸引成鍵，使沉積的無氫摻鋁非晶碳膜呈現拉應力狀態。

在可選的實施方式中，磁控濺射包括以下步驟：

以碳鋁復合靶為濺射源，控制濺射源表面施加的脈沖負電壓為200－1200V、脈沖占空比0.5％－50％，控制基體表面施加的脈沖負偏壓為0－800V，脈沖占空比為0－100％。

本發明實施例提供一種無氫摻鋁非晶碳膜的制備方法，無氫摻鋁非晶碳膜層沉積過程中磁控濺射的電壓和脈沖占空比依照實驗儀器設置。

在可選的實施方式中，磁控濺射過程中維持工作壓強在0.1－0.9Pa的范圍內，是由于超出以上的工作壓強，可能導致無法成膜或者改變薄膜的殘余應力的狀態，而無法得到拉應力狀態的薄膜。

在可選的實施方式中，磁控濺射過程中無氫摻鋁非晶碳膜的沉積時間為1－600min；

優選的，沉積時間為60min－180min。