CN107338414A - 导电,抗腐蚀,耐磨损,高硬度类金刚石涂层的制备方法 - Google Patents

导电,抗腐蚀,耐磨损,高硬度类金刚石涂层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导电，抗腐蚀，耐磨损，高硬度碳基薄的制备方法，用真空室加热管加热，离子源对氩气进行离化，对真空室转架上装夹的基材进行清洗和活化，待达到真空压强后，磁控靶沉积钛金属，再用离子源进行乙炔离化，最后惰性气体中冷却。本发明制备的薄膜导电,抗腐蚀,耐磨损,高硬度等性能，满足半导体，手机，化工电解，电火花加工等众多行业应用需求。

Description

导电,抗腐蚀,耐磨损,高硬度类金刚石涂层的制备方法
技术领域
本发明属于薄膜材料技术领域，涉及一种集导电，抗腐蚀，耐磨损，高硬度性能于一体的碳基薄膜的制备方法。
背景技术
材料腐蚀是指材料受环境作用而发生破坏或变质从而失去原有功能的现象。腐蚀遍及各行各业，其中电解腐蚀尤为严重，且不可避免，且防腐蚀成本较大，资源浪费严重，工件使用寿命严重缩短。类金刚石薄膜主要由金刚石结构的sp3碳原子和石墨结构的sp 2碳原子相互混杂而组成，具有耐腐蚀、耐磨损、高硬度性和化学稳定性好等众多优良的性能，几乎不溶于任何酸、碱和有机溶液。可以有效阻挡氧气和溶液的渗透，从而保护基材。但薄膜自身存在性能缺陷，此碳基薄膜电阻很大，不导电，在许多行业使用存在限制。金属元素易导电，其中Ti金属在薄膜领域已被普遍运用，若Ti薄膜与碳基薄膜相结合,可以有效的弥补类金刚石的缺陷,那么获得集导电，抗腐蚀，耐磨损，高硬度性等众多优良性能于一体的防护薄膜。
离子源作为发生器，离化碳氢气体分子。具有离化率高，成膜速率快，成本低。离化的碳氢离子在负偏压的作用下，会在基材上形成类金刚石薄膜。磁控靶做Ti金属的发生器形成的薄膜更细腻，具有纳米级，与碳氢离子更易结合，进而可以增加类金刚石涂层的导电性。
发明内容
本发明的目的是提供导电，抗腐蚀，耐磨损，高硬度碳基薄膜的制备方法。
实现本发明目的技术解决方案是：一种导电,抗腐蚀,耐磨损,高硬度碳基薄膜的制备方法，用K型加热器对转架悬挂基材进行加热，磁控靶做发生器沉积一定厚度的钛过渡层，接着同时启动离子源，制备碳基薄膜,其中掺杂钛，具体步骤如下；
第一步：基材表面清洗；
第二步：基材被装到真空设备转架上；
第三步：真空设备被抽真空并加热；
第四步：离子源对基材表面清洗和活化；
第五步：在基材表面沉积钛金属过渡层；
第六步：在钛金属过渡层上沉积掺杂钛金属类金刚石薄膜；
第七步：对成膜后的基材进行冷却。
本发明的优点如下：
(1) 选用磁控靶设备，液滴数量很大程度的减少了，薄膜的质量和性能得到很大程度的提升；
(2) 用离子源进行碳基薄膜的制作，膜层中无大颗粒，温度容易控制，更易实现纳米级涂层；
(3) 制备的薄膜具有众多优良性能，如导电，抗腐蚀，,耐磨损，,高硬度，导电等性能，满足半导体，手机，化工电解，电火花加工等众多行业的应用需求。
附图说明
附图1 是实施实例1 制备薄膜,不同占空比对电阻的影响；
附图2 是实施实例1 制备薄膜,不同占空比对抗腐蚀能力的影响；
附图3 是实施实例2 制备薄膜,不同磁控靶电流对薄膜电阻的影响；
附图4 是实施实例2 制备薄膜,不同磁控靶电流对抗腐蚀性能的影响。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步描述。
实施实例1；
第一步：基材依次在特殊溶液中超声处理清洗20min，最后经去离子水，酒精，吹风机加热烘干保存；
第二步：基材被装到真空设备转架上，调节转速至2.5r/min；
第三步：关闭真空设备门，抽真空；待真空室压力达到5x10-2Pa，开加热器加热；
第四步：待真空室压力达到1X10-3Pa，温度为50-100度，通入氩气，离子源离化惰性气体，对基材表面进行离子清洗和活化，离子源电流为10-20A；
第五步：关闭离子源，开启偏压300V，占空比为20%，开磁控靶，磁控靶电流为2-80A，钛过渡层厚200-300nm；
第六步：打开离子源，离子源电流30-40A，通入乙炔气体，碳氢气体离化后，涂在基材表面，类金刚石掺杂钛薄膜的厚度为1-2μm；
第七步：关闭偏压，离子源，磁控靶，通入惰性气体，直到温度降到40度，进行开门取基材；
第八步：重复第一步，第二步，第三步，第四步，第六步，第七步，第五步占空比分别设为50%，80%；
由图1，图2可知，不同占空比制备的薄膜导电性及抗腐蚀均不同，选择占空比20%时效果最好。
实施实例2
第一步：基材依次在特殊溶液中超声处理清洗20min，最后经去离子水，酒精，吹风机加热烘干保存；
第二步：基材被装到真空设备转架上，调节转速至2.5r/min；
第三步：关闭真空设备门，抽真空，待真空室压力5x10-2Pa，开加热器加热；
第四步：待真空室压力达到1X10-3Pa，温度为50-100度，通入氩气，离子源离化惰性气体，对基材表面进行清洗和活化，电流为10-20A；
第五步：关闭离子源，开启偏压300V，占空比为20%，开磁控靶，磁控靶电流为10A，钛过渡层厚度200-300nm；
第六步：打开离子源，离子源电流30-40A，通入乙炔气体，碳氢气体离化后，沉积基材表面，类金刚掺杂钛薄膜的厚度为1-2μm；
第七步：关闭偏压，离子源，磁控靶，通入惰性气体，直到温度降到40度，进行开门取基材；
第八步：重复第一步，第二步，第三步，第四步，第六步，第七步，第五步磁控靶电流分别设为40A，70A。
由图3，图4可知：不同磁控靶电流制备的薄膜导电性及抗腐蚀均不同，选择磁控靶电流10A时效果最好。

Claims (6)

1.一种导电，抗腐蚀，耐磨损，高硬度碳基薄膜的制备方法，其特征在于，具体包括步骤如下：
第一步：基材表面清洗；
第二步：基材被装到真空设备转架上；
第三步：真空设备被抽真空并加热；
第四步：离子源对基材表面清洗和活化；
第五步：在基材表面沉积钛金属过渡层；
第六步：在钛金属过渡层上沉积掺杂钛金属类金刚石薄膜。
2.如权利要求1 所述的导电，抗腐蚀，耐磨损，高硬度碳基薄膜的制备方法，其特征在于，第一步中，预处理是指将基材依次在特殊溶液中超声处理清洗20min。
3.如权利要求1 所述的导电,抗腐蚀,耐磨损,高硬度碳基薄膜的制备方法，其特征在于，第四步中，利用离子源离化氩气对基材清洗和活化30min。
4.如权利要求1 所述的导电,抗腐蚀,耐磨损,高硬度碳基薄膜的制备方法，其特征在于，第四步中温度为50-100度。
5.如权利要求1 所述的导电,抗腐蚀,耐磨损,高硬度碳基薄膜的制备方法，其特征在于，第五步中，用磁控靶沉积钛金属，磁控靶电流为2-60A，钛过渡层厚度为200-300nm。
6.如权利要求1 所述的导电,抗腐蚀,耐磨损,高硬度碳基薄膜的制备方法，其特征在于，第六步中，利用离子源离化乙炔，电流为30-40A，钛掺杂类金刚石碳基薄膜为1-2μm。
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