[发明专利]一种自支撑类金刚石纳米薄膜制备装置及薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米薄膜领域，尤其涉及一种自支撑类金刚石纳米薄膜制备装置及薄膜制备方法。

背景技术

类金刚石DLC薄膜是一种亚稳态的长程无序的无定形碳材料，碳原子之间以共价键的方式键合，并且主要包含sp2和sp3两种杂化方式。由于DLC膜同时含有金刚石结构中的sp3杂化和石墨结构中的sp2杂化，因而表现出介于金刚石和石墨之间的性质，由此命名为类金刚石膜。类金刚石膜具有高的硬度、优异的减磨及抗磨性能、高热导率、低介电常数、宽带隙、良好的光学透光性以及优异的化学惰性和生物相容性等优越性能，因此在航空航天、机械、电子、光学、外观装饰、生物医学等领域都具有广阔的应用前景。尤其近年来，自支撑DLC膜表现出的优良快速过滤性能，使其可作为高速过滤膜，此特性使DLC膜在医药、环境、化工和材料等领域具有非常广泛的应用前景。DLC膜在这些领域的应用，将会对电子、机械、光学、医学、核物理等众多领域的高科技发展带来巨大的经济效益和社会效益，并对国防民生有着深远的影响。

自支撑薄膜的制备主要有两种方法，一是采用可溶性基底，二是在基底与薄膜间加脱膜剂。添加脱膜剂的方法可以降低对薄膜的损伤，而且降低薄膜内应力，更易获得高质量的DLC薄膜，因此是自支撑DLC薄膜常选用的方法。加脱膜剂的方法整个流程分为制膜、脱膜、打捞三个步骤。

真空弧离子镀是近年来发展起来的一种新型镀膜技术，它具有高离化率（60%～100%）、高离子能量、高沉积率等特点，于此同时，设备简单、操作方便也是它广为使用的重要原因。采用过滤阴极真空弧沉积系统进行制备DLC薄膜时，真空弧离子镀膜仪器的参数设置将影响薄膜的厚度、质量、以及成活率。而薄膜的厚度质量等将进一步影响自支撑薄膜制备过程中脱膜打捞的成功，从而最终影响自支撑薄膜的制成。

发明内容

针对以上现有技术存在的问题，本发明提出了一种自支撑类金刚石纳米薄膜制备装置及薄膜制备方法。

本发明的一个目的在于提供一种自支撑类金刚石纳米薄膜制备装置。

本发明的自支撑类金刚石纳米薄膜制备装置包括：电极系统、偏滤弯管和沉积腔室；偏滤弯管的入口连接电极系统，偏滤弯管的出口连接沉积腔室，三者构成真空腔室；其中，电极系统包括在阴极和阳极之间的触发电极以及电弧线圈；偏滤弯管包括弯管和绕在弯管外部的偏滤线圈，偏滤线圈上通有电流，弯管的入口连接电机系统的阴极，出口连接至沉积腔室；沉积腔室内设置有基片台，已镀有脱膜剂的基片放置在基片台上，沉积腔室的腔体与基片台之间施加有直流偏压；偏滤弯管的弯曲角度为90度。

本发明在阴极之后设置磁过滤的偏滤弯管，形成磁过滤真空弧沉积系统，电极系统通过阳极和作为阴极的石墨棒之间的电弧放电使石墨变为碳原子或离子，产生的等离子体通过偏滤弯管输送到沉积腔室后在基片台上的基板上沉积成DLC薄膜。对于未加磁过滤的阴极真空弧沉积，在真空环境中，以需要被镀的材料为阴极（制备DLC薄膜时则采用石墨棒做阴极），通过高压触发电压触发，引燃电弧，在阴极上产生阴极弧斑，并在阴极弧斑的周围产生正离子堆积的正离子，在阴极和阳极之间形成弧光放电，由于阴极弧斑的温度很高，因此在产生等离子体的同时，还伴随有阴极材料的液滴或/和大颗粒产生。在这些阴极弧斑上，电流的密度可以达到很高的水平。与此同时，阴极材料会大量蒸发出来，它一方面维持了气体的放电过程，另一方面则提供了离子镀的源物质。由于石墨材质比较疏松，这也加剧了中性大颗粒的产生，这些大颗粒与等离子体一起到达基底时，会严重影响沉积的薄膜的质量。