CN207845774U - 一种低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于真空镀膜技术领域，具体涉及一种低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备。所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备包括真空腔体，在真空腔体内设置平面靶、工件转架***、恒流离化装置、加热温控***和工艺气体加入分配***，所述真空腔体的顶部设置有锥形炉顶，在锥形炉顶上端设有沉积抽气口。所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备可在沉积类金刚石碳膜时，将真空腔体中氢原子、氢气、氢离子等密度轻的气体优先从上部抽出，从而使沉积到工件的类金刚石碳膜中含氢量低，达到生产低氢含量的类金刚石碳膜的目的。
Description
技术领域
本实用新型属于真空镀膜技术领域，具体涉及一种低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备。
背景技术
一般来说，类金刚石碳基薄膜(DLC)是一类含有金刚石结构(SP3杂化键)和石墨结构(SP2杂化键)的亚稳非晶态物质，碳原子主要以SP3和SP2杂化键结合。非晶态碳基薄膜一般可以分为含氢碳膜(a-C:H)和不含氢碳膜(a-C)两类。含氢DLC薄膜中的氢含量在20at.％～50at.％,SP3杂化键的成分小于70％。无氢DLC薄膜中常见的是四面体非晶碳(ta-C)膜。ta-C涂层中以SP3杂化键为主，SP3杂化键的含量一般高于70％。DLC中的氢含量会影响SP3杂化键和SP2杂化键的比值，因此它对薄膜的性能也具有很大的影响。
类金刚石碳膜(DLC)的沉积最早是使用离子束沉积，经过几十年的发展，现在已经成功开发了许多物理气相沉积、化学气相沉积以及液相法制备DLC薄膜的新方法和新技术。
制备无氢DLC主要采用磁控溅射技术和磁过滤阴极弧技术(FCVAD)。磁控溅射技术主要是采用石墨靶为碳源，磁控溅射石墨靶，碳原子或原子团运动到基材沉积DLC，特点是沉积速度快，表面光滑细腻，颜色可通过掺杂调节，但硬度不够高，耐磨性能有待提供。磁过滤阴极弧技术是采用在阴极电弧前方设置磁过滤管，利用磁场对离子的作用，改变碳离子到达基体的运动轨迹，这种磁过滤对细小原子团的筛选作用很严格，只有当颗粒的电荷和大小恰好合适时，才有可能通过磁场管道沉积到基底上；未离化的碳分子、原子及大颗粒则沉积到磁场管道内壁上，消除了膜中的宏观碳颗粒，提高了DLC薄膜的质量，特点是硬度高，耐摩擦性能好，但是沉积速率低，成本高。化学气相沉积(CVD)，特别是其中的等离子体辅助化学气相沉积(PACVD)制备碳膜采用CH4、C2H2等含碳氢的有机气体为碳源,具有沉积速度快，表面细腻、光泽度好，硬度高，耐磨性能好，但因含氢量高，容易产生氢脆爆膜。本技术主要解决的问题是基于PACVD方法设计一种沉积设备以沉积低氢含量的类金刚石碳膜。
实用新型内容
基于上述现有技术的缺陷与不足，本实用新型的目的在于提供一种低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，该设备具有沉积速度快的特点，所形成的类金刚石碳膜表面光滑细腻、硬度高、耐磨性能好并且应力小。
本实用新型的目的通过下述技术方案实现：
一种低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，包括真空腔体，在真空腔体的内侧以真空腔体中心为圆心的45°、135°、225°和315°方向分别设有一平面靶；在真空腔体内部设置有呈圆环形的工件转架***，在所述工件转架***内侧与外侧设置有相对的恒流离化装置；所述工件转架***等距水平设置有若干圆形的工件挂架；
所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还包括加热温控***和工艺气体加入分配***；所述工件转架***两侧均匀布设若干加热管和若干等高的气管，所述气管从真空腔体的底部伸入真空腔体；所述加热管与加热温控***连通，所述气管与工艺气体加入分配***连通；
所述真空腔体的顶部设置有锥形炉顶，在锥形炉顶上端设有沉积抽气口；所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还包括真空抽气***，所述真空抽气***通过管道与所述沉积抽气口相连。
进一步的，所述气管的水平高度比所述工件挂架高5-30cm；所述气管由上往下开设若干气孔，所述气孔都朝向临近的工件挂架，所述气孔的孔径由下往上依次增加。
进一步的，所述气管的水平高度比所述工件挂架高10-20cm。
进一步的，所述气管由上往下开设5-20个气孔。
进一步的，所述平面靶为Cr靶、Ti靶或W靶。
进一步的，在所述真空腔体内部的以真空腔体中心为圆心的180°方向设置烘烤抽气口，所述烘烤抽气口通过管道与所述真空抽气***相连。
进一步的，在所述真空腔体内部的以真空腔体中心为圆心的270°方向设置弧靶。
进一步的，所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还包括脉冲直流偏压电源***，所述工件转架***与所述脉冲直流偏压电源***的负极相连，所述工件转架***与所述真空腔体绝缘，所述脉冲直流偏压电源***的正极接地，所述真空腔体接地。
进一步的，所述真空腔体的一侧面设置进出货炉门，与进出货炉门相邻侧面设置观察窗。
本实用新型相对于现有技术具有的优点及效果：
(1)本专利方案所提供的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备通过在真空腔体顶端设置抽真空的设计，可在沉积类金刚石碳膜时，将真空腔体中氢原子、氢气、氢离子等密度轻的气体优先从上部抽出，从而使沉积到工件的类金刚石碳膜中含氢量低，达到生产低氢含量的类金刚石碳膜的目的。
(2)本专利方案所提供的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备通过气管高度、孔径大小及分布的设计，可使气体在真空腔体内均匀分布，使等离子体密度均匀，从而使工件颜色、厚度和性能更加稳定均匀。
(3)本专利方案所提供的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备通过设置四处平面靶，可根据不同的沉积需要，灵活选择不同的平面靶，用于沉积底层和过渡层提高附着力，也可用于掺杂。
(4)本专利方案所提供的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备通过采用单独的恒流离化装置，可便于控制等离子体的离化率。
附图说明
图1为实施例中低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备的真空腔体内部的平面结构示意图。
图2为实施例中低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备的真空腔体的外部立面示意图。
图3为图1中A-A的立面结构示意图。
图4为实施例中低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备的真空腔体与真空抽气***的管道连接结构示意图。
图中：1-烘烤抽气口，2-真空腔体，3-工件转架***，4-平面靶，5-气管，6-加热管，7-进出货炉门，8-观察窗，9-弧靶，10-沉积抽气口，11-锥形炉顶，12-恒流离化装置，13-真空抽气***，14-气孔，15-工件挂架。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
结合图1和图2所示，本实施例提供一种低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，包括真空腔体2，在真空腔体2的内侧以真空腔体2中心为圆心的45°、135°、225°和315°方向分别设有一平面靶4；在真空腔体2内部设置有呈圆环形的工件转架***3，在所述工件转架***3内侧与外侧设置有相对的恒流离化装置12；所述工件转架***3等距设置有若干工件挂架15；
所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还包括加热温控***(图中未示出)和工艺气体加入分配***(图中未示出)；所述工件转架***3两侧均匀布设若干加热管6和若干等高的气管5，所述气管5从真空腔体2的底部伸入真空腔体2；所述加热管6与加热温控***连通，所述气管5与工艺气体加入分配***连通；
所述真空腔体2的顶部设置有锥形炉顶11，在锥形炉顶11上端设有沉积抽气口10；所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还包括真空抽气***13，所述真空抽气***13通过管道与所述沉积抽气口10相连。
在所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备中，通过设置锥形炉顶11和沉积抽气口10并连通真空抽气***13，可在沉积类金刚石碳膜时，将真空腔体2中氢原子、氢气、氢离子等密度轻的气体优先从上部抽出，从而使沉积到工件的类金刚石碳膜中含氢量低，达到生产低氢含量的类金刚石碳膜的目的。
如图3的A-A立面示意图所示，具体的，所述气管5的水平高度比所述工件挂架15高，高度范围在5-30cm，可根据实际加工工件的参数控制要求调整高度；所述气管5由上往下开设若干气孔14，气孔14数量在5-20个，可根据实际加工参数要求调整；所述气孔14都朝向临近的工件挂架15，所述气孔14的孔径由下往上依次增加。通过气管5高度及孔径的变化设置，可使气体在真空腔体2内均匀分布，使等离子体密度均匀，从而使工件颜色、厚度和性能更加稳定均匀。在为了达到更好的效果，在其他实施例中，所述气管5的水平高度可设计成比所述工件挂架15高10-20cm。
具体的，所述平面靶4为Cr靶、Ti靶或W靶。根据不同的沉积需要，可选择不同的平面靶4，主要用于沉积底层和过渡层提高附着力，也可用于掺杂。
具体的，在所述真空腔体2内部的以真空腔体2中心为圆心的180°方向设置烘烤抽气口1，所述烘烤抽气口1通过管道与所述真空抽气***13相连。
如图4所示，所述沉积抽气口10与真空抽气***13连通的管道和烘烤抽气口1与所述真空抽气***13连通的管道相互独立，各自通过阀门与所述真空抽气***13的独立真空口连通。
具体的，在所述真空腔体2内部的以真空腔体2中心为圆心的270°方向设置弧靶9。
具体的，所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还包括脉冲直流偏压电源***(图中未示出)，所述工件转架***3与所述脉冲直流偏压电源***的负极相连，所述工件转架***3与所述真空腔体2绝缘，所述脉冲直流偏压电源***的正极接地，所述真空腔体2接地。
具体的，所述真空腔体2的一侧面设置进出货炉门7，在本实施例中，所述进出货炉门7设置在所述真空腔体2内部的以真空腔体2中心为圆心的90°方向侧面；同时，在与进出货炉门7相邻侧面设置观察窗8，在本实施例中，所述进出货炉门7设置在所述真空腔体2内部的以真空腔体2中心为圆心的0°方向侧面。
在本实施例所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备中，采用单独的恒流离化装置12，可便于控制等离子体的离化率。
所述恒流离化装置12设有两个对称离化电极(图中未示出)和一个恒流离化源电源(图中未示出)，两个离化电极通过导线连接在恒流离化装置12的恒流离化源电源上，恒流离化源电源安装在真空腔体2外面。所述恒流离化装置12的工作原理为在沉积类金刚石碳膜时，恒流离化源将反应气体离化，提供独立的C2H2或甲烷气体等离子体，能量可调，离化后的C+在产品表面沉积形成膜层，产品上所加负偏压可以独立调节，为获得光滑致密的类金刚石碳膜膜层变得容易。在其他实施例中，所述恒流离化装置12的离化电极不局限于此安装数量与安装位置，可根据需要设置多个离化电极。
所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还设有PLC控制与操作***(图中未示出)，所述PLC控制与操作***用于控制各个部件及***的运行参数及启停。
采用本实施例所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备进行沉积加工的工艺流程为：
(1)工件的清洗处理，采用的是一般行业内常用方法；然后将工件安装到工件转架***3的工件挂架15上；
(2)使用真空抽气***13通过烘烤抽气口1将真空腔体2抽真空至本底真空；使用加热温控***通过加热管6对真空腔体2内部进行加热；
(3)启动恒流离化装置12，对工件挂架15上的工件进行等离子清洗，活化产品表面，可以提高膜层附着力。
(4)根据工件特点决定是否需要启动弧靶9进行弧轰击处理；
(5)使用平面靶4沉积底层；
(6)打开沉积抽气口10，通过真空抽气***13进行抽真空，同时关闭烘烤抽气口1，通过平面靶4进行沉积过渡层；
(7)调整工艺参数，进行沉积装饰性类金刚石碳膜硬膜。
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本实用新型；但是，凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，可利用以上所揭示的技术内容而作出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本实用新型的技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：包括真空腔体，在真空腔体的内侧以真空腔体中心为圆心的45°、135°、225°和315°方向分别设有一平面靶；在真空腔体内部设置有呈圆环形的工件转架***，在所述工件转架***内侧与外侧设置有相对的恒流离化装置；所述工件转架***等距水平设置有若干圆形的工件挂架；
所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还包括加热温控***和工艺气体加入分配***；所述工件转架***两侧均匀布设若干加热管和若干等高的气管，所述气管从真空腔体的底部伸入真空腔体；所述加热管与加热温控***连通，所述气管与工艺气体加入分配***连通；
所述真空腔体的顶部设置有锥形炉顶，在锥形炉顶上端设有沉积抽气口；所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还包括真空抽气***，所述真空抽气***通过管道与所述沉积抽气口相连。
2.根据权利要求1所述的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：所述气管的水平高度比所述工件挂架高5-30cm；所述气管由上往下开设若干气孔，所述气孔都朝向临近的工件挂架，所述气孔的孔径由下往上依次增加。
3.根据权利要求2所述的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：所述气管由上往下开设5-20个气孔。
4.根据权利要求1所述的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：所述气管的水平高度比所述工件挂架高10-20cm。
5.根据权利要求1所述的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：述平面靶为Cr靶、Ti靶或W靶。
6.根据权利要求1所述的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：在所述真空腔体内部的以真空腔体中心为圆心的180°方向设置烘烤抽气口，所述烘烤抽气口通过管道与所述真空抽气***相连。
7.根据权利要求1所述的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：在所述真空腔体内部的以真空腔体中心为圆心的270°方向设置弧靶。
8.根据权利要求1所述的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：所述低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备还包括脉冲直流偏压电源***，所述工件转架***与所述脉冲直流偏压电源***的负极相连，所述工件转架***与所述真空腔体绝缘，所述脉冲直流偏压电源***的正极接地，所述真空腔体接地。
9.根据权利要求1所述的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：所述真空腔体的一侧面设置进出货炉门，与进出货炉门相邻侧面设置观察窗。
10.根据权利要求1所述的低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备，其特征在于：还设有PLC控制与操作***。
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| CN201721899645.9U CN207845774U (zh) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | 一种低氢含量的类金刚石碳膜沉积设备 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114540761A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-05-27 | 苏州市彩衣真空科技有限公司 | 超薄pet膜表面非晶四面体碳结构的涂层工艺 |
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2017
- 2017-12-29 CN CN201721899645.9U patent/CN207845774U/zh active Active
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| CN114540761A (zh) * | 2022-01-12 | 2022-05-27 | 苏州市彩衣真空科技有限公司 | 超薄pet膜表面非晶四面体碳结构的涂层工艺 |
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