[發(fā)明專利]一種表面光滑四面體非晶碳膜及其制備方法和應用

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• 申請日: 2022-07-25
• 公開（公告）號: CN115369362A
• 公開（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設計）人: 代偉;施運湛;王啟民
• 申請（專利權）人: 廣東工業(yè)大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06;C23C14/58;C23C14/54
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳嘉毅

本發(fā)明公開了一種表面光滑四面體非晶碳膜及其制備方法和應用，所述制備方法采用陰極真空電弧離子鍍機裝置制備，包括如下步驟：S1：控制基體表面法向和電弧石墨靶表面法向反向之間的夾角為80°～100°，刻蝕清洗基體；S2：沉積四面體非晶碳膜涂層；S3：退火降溫，即得表面光滑四面體非晶碳膜。本發(fā)明利用陰極真空電弧沉積技術通過調(diào)控基體表面法向和電弧石墨靶表面法向反向之間的夾角為80°～100°得到了高硬度、致密且表面光滑的四面體非晶碳膜；另外，該表面光滑四面體非晶碳膜的制備方法具有設備簡單、操作方便和離化率高等優(yōu)點，有利于推進四面體非晶碳膜的工業(yè)化生產(chǎn)。

技術領域

本發(fā)明涉及涂層技術領域，具體涉及一種表面光滑四面體非晶碳膜及其制備方法和應用。

背景技術

四面體非晶碳膜(Tetrahedral Amorphous Carbon，ta-C)是指sp³鍵含量超過50％的無氫類金剛石碳。由于ta-C含有大量sp³雜化的C-C鍵，所以其性能與金剛石非常接近，具有極高的硬度和耐磨性、良好的生物相容性、優(yōu)異的低摩擦自潤滑等性能。到目前為止，四面體非晶碳膜已廣泛應用于汽車零部件、刀具耐磨涂層、微鉆等領域。

四面體非晶碳膜(ta-C)目前主要通過3種技術合成，分別是激光脈沖沉積(PulseLaser Deposition，PLD)、陰極真空電弧沉積(Cathodic Vacuum Arc Deposition，CVAD)以及過濾陰極真空電弧沉積(Filtered Cathodic Vacuum Arc Deposition，F(xiàn)CVAD)。激光脈沖沉積技術沉積ta-C薄膜時，具有沉積速率慢、沉積面積小、膜厚不均勻等缺點，因此不適合ta-C薄膜工業(yè)化生產(chǎn)的大規(guī)模應用。陰極真空電弧沉積技術是一種離子鍍膜技術，利用陰陽極之間的自持弧光放電，使陰極材料產(chǎn)生熱蒸發(fā)和熱離化，而被離化的離子在基體負偏壓的電場作用下運動到基體，繼而在基體表面沉積產(chǎn)生薄膜。陰極真空電弧沉積技術因其具有離化率高(高達70％以上)、沉積速率快、靶材利用率高、膜基結合力好等優(yōu)點，而被廣泛應用于工業(yè)化生產(chǎn)ta-C薄膜。過濾陰極真空電弧沉積技術通常是在陰極真空電弧沉積技術的基礎上，通過在石墨靶材與基體之間增加磁過濾線圈或者機械擋板來過濾沉積過程中產(chǎn)生的大顆粒和液滴，從而得到表面光滑的ta-C薄膜；但是磁過濾線圈在過濾大顆粒和液滴時會損失部分被離化的離子，導致薄膜的沉積速率降低，石墨靶材的利用率下降。陰極真空電弧沉積技術不使用磁過濾線圈，不會有質(zhì)量損失，但是該技術制備的ta-C薄膜表面沉積了較多大顆粒，使薄膜機械性能惡化，表面粗糙度增加，嚴重影響了薄膜的性能和應用。

因此，利用陰極真空電弧沉積技術制備高硬度、致密且表面光滑的四面體非晶碳膜具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術缺陷，提供一種表面光滑四面體非晶碳膜。本發(fā)明利用陰極真空電弧沉積技術通過調(diào)控基體表面法向和電弧石墨靶表面法向反向之間的夾角大小來制備高硬度、致密且表面光滑的四面體非晶碳膜。

本發(fā)明的另一目的是提供上述表面光滑四面體非晶碳膜的制備方法。

本發(fā)明的再一目的是提供上述表面光滑四面體非晶碳膜在制備汽車零部件、刀具耐磨涂層和微鉆中的應用。

為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種表面光滑四面體非晶碳膜的制備方法，采用陰極真空電弧離子鍍機裝置制備，包括如下步驟：

S1：控制基體表面法向和電弧石墨靶表面法向反向之間的夾角為80°～100°，刻蝕清洗基體；

S2：沉積四面體非晶碳膜涂層；

S3：退火降溫，即得表面光滑四面體非晶碳膜。

發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)采用陰極真空電弧沉積技術制備四面體非晶碳膜時，基體表面法向和電弧石墨靶表面法向反向之間的夾角大小的變化會影響四面體非晶碳膜的硬度、致密程度和光滑程度。