[發明專利]一種SiBCN/DLC梯度薄膜及其制備方法

在審

• 申請號: 202211630755.0
• 申請日: 2022-12-19
• 公開（公告）號: CN115874143A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 馬艷平;段佳岐;姜宏
• 申請（專利權）人: 海南大學
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 吳曉靜

本發明提供了一種SiBCN/DLC梯度薄膜的制備方法，包括以下步驟：A)對基底、SiBCN靶材和C靶材分別進行表面預處理；B)將SiBCN靶材和C靶材放置于磁控濺射腔室內，SiBCN靶材和C靶材同時濺射，在相同的濺射時間內和相同的濺射功率范圍內，SiBCN靶材濺射功率遞減，C靶材濺射功率遞增，得到SiBCN/DLC梯度薄膜。本申請還提供了上述方法制備的SiBCN/DLC梯度薄膜。本申請制備的SiBCN/DLC梯度薄膜致密度高、光學透過性好，具有良好的機械性能和較低的摩擦系數，可作為光學器件以及電子顯示屏幕等的保護層。

技術領域

本發明涉及保護膜技術領域，尤其涉及一種SiBCN/DLC梯度薄膜及其制備方法。

背景技術

磨擦磨損是工業領域和日常生活中常見的現象，造成這一現象的主要原因有物理和化學兩方面。物理方面包括黏著磨損、磨料磨損以及疲勞磨損等，這些磨損都是因為材料表面凹凸不平或受外力變形導致表面產生裂紋和分離出微片或顆粒造成的；化學方面包括腐蝕磨損，且腐蝕磨損常發生于金屬表面，金屬同時與周圍介質發生化學反應或電化學反應，使腐蝕和磨損共同作用而導致零件表面物質的損失。在工業生產中減小摩擦磨損就顯得尤為重要。

類金剛石(DLC)薄膜是一種由石墨結構的sp²—C和金剛石結構的sp³—C雜化形成的非晶態結構，具有高硬度、低摩擦因數、良好化學惰性以及能夠有效改善基體表面的摩擦磨損性能等一系列優點，被廣泛應用于汽車、齒輪、手機屏幕以及切削刀具等表面工程領域。

然而，DLC薄膜在沉積過程中會產生較大的內應力，使其內部缺陷增多而產生隱裂紋，當受到外力摩擦時隱裂紋逐漸拓展最終造成薄膜脫落，此外DLC薄膜與玻璃基底化學性質的不匹配也會影響膜基結合力，降低玻璃的使用壽命。因此眾多學者開始對其進行研究，通過改變工藝參數、摻雜等方法釋放DLC薄膜的殘余應力，不斷改善其膜基結合力。通過添加過渡層可以有效緩解膜基化學性質不匹配所引起的結合力較弱的問題，而添加多層梯度過渡層則可以進一步緩解膜基差異提升膜基結合力，使薄膜不易脫落。

在公開號為CN 109797370 A的中國專利公開了一種玻璃基透射可見光的DLC復合增硬薄膜及其制備方法，該方法是在玻璃基片表面用磁控濺射工藝沉積碳氧化硅過渡層和DLC層，該過渡層結構中有Si-C鍵、Si-O-Si鍵和C-C鍵，在玻璃基片上形成的碳氧化硅表面產生鋸齒空腔，在滿足光學性能的同時又具有良好的硬度以及膜基結合力。

在申請號為201810091973.9的中國專利中公開了一種DLC薄膜增硬玻璃及其制備方法，采用磁控濺射法在玻璃基底鍍制了SiO₂/SiC/DLC薄膜，但是DLC薄膜厚度較厚，會增加薄膜內部應力，且未提及薄膜透過率。

在公開號為CN 108149193 A的中國專利中公開了一種類金剛石碳基薄膜及其制備方法，采用磁控濺射法在基底上制備了SiO₂/Cu-DLC薄膜，通過添加SiO₂過渡層增強了DLC薄膜與基底的結合強度，通過摻雜來降低薄膜與基底的結合力，但會影響薄膜結構導致硬度下降。

從制備工藝方面，目前最為常見的方法有化學氣相沉積與物理氣相沉積，磁控濺射技術就屬于物理氣相沉積，相比于化學氣相沉積磁控濺射具有膜層致密和表面光潔度高等優點，且化學氣相沉積在不少條件下，參加沉積的反應源以及反應剩余氣體易燃易爆或有毒，因此需要采取一些相應的措施。

從膜層設計方面，不可否認傳統的元素含量固定的多層膜的確可以有效改善結合力較弱的問題，但還是會存在各膜層間化學性質、熱膨脹系數、各元素含量突變以及界面效應所帶來的差異問題。因此，提供一種適當的梯度多層膜代替元素含量固定的普通膜層以實現薄膜優異的結合力和抗磨減磨性能具有重要意義。

發明內容

本發明解決的技術問題在于提供一種SiBCN/DLC梯度薄膜的制備方法，該方法制備的SiBCN/DLC梯度薄膜具有較高的硬度，且使用壽命大大增加。