[发明专利]具有绝缘性能的类金刚石涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂层材料领域，涉及涂层材料的制备，尤其是一种具有绝缘性能的类金刚石涂层及制备方法。

背景技术

类金刚石涂层(Diamond Like Carbon,以下简称DLC涂层)是由Sp3键(金刚石结构)和Sp2键(石墨结构)构成的亚稳态碳材料，具有优异的耐磨减摩和耐腐蚀性能，在工模具及零部件表面防护领域正得到广泛应用。

针对不同实际应用要求，DLC涂层的成分和微观结构设计及制备方法各不相同，其使用性能也会有很大差别。目前，航空、汽车、制冷、电子、机械、化工等诸多领域的关键零部件表面涂层防护，原则上要求具有很好的耐磨性能，减摩性能和抗腐蚀性能，则涂覆具有耐磨和减摩性能的DLC涂层可以很好的解决这一难题，如汽车发动机的活塞、活塞环、气缸，高速无油缝纫机的轴承内外圈、保持架、滚动体、针杆、挑线连杆、轴套、旋梭等。为了改善DLC涂层内应力大、结合力差，涂层厚度很薄的技术难题，研究者开发出了各种掺金属的DLC涂层及制备方法，并取得很大成功，已在上述工业领域开始大规模应用。

近年来具有优异绝缘性能的DLC涂层的工业需求越来越大，如航空、汽车、化工以及电子产品等领域的电绝缘接触的运动或静止零件，或设计要求自身就是绝缘体材料制作的关键零件等，如需表面涂覆DLC涂层改善其负荷承载、稳定性和工作寿命时，那么DLC涂层的绝缘性能(兆欧姆级电阻)就成为首要技术考核指标，其次才是耐磨减摩和抗腐蚀性能要求。

具有优异绝缘性能的DLC涂层的设计及制备方法目前尚未见公开报道。已有文献和专利给出的各种制备掺金属(如钛、铬、钨等)的DLC涂层、不掺金属的DLC涂层，以及多层结构设计的DLC涂层，它们的绝缘电阻很低，大多呈现半导体甚至是良性导体状态，显然不能满足绝缘体(兆欧姆级电阻)DLC涂层的工作性能要求。因此，开发此类新型DLC涂层的工艺技术，将具有巨大的工业应用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种具有绝缘性能的类金刚石涂层及制备方法，该涂层具有兆欧姆级绝缘性能，同时具有耐磨、减摩和抗腐蚀性能；该方法是在不掺任何金属的DLC涂层中，通过创新性的技术措施调控涂层中Sp3和Sp2含量及比例，从而获得兆欧姆级优异绝缘性能的DLC涂层。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明首先提出一种具有绝缘性能的类金刚石涂层，其是经过调控涂层中Sp3键和Sp2键含量的兆欧姆级绝缘性能的DLC涂层；其中，Sp3键含量大于70％，Sp2键含量小于30％。

进一步的，所述类金刚石涂层的厚度大于2μm。

本发明还提出一种上述具有绝缘性能的类金刚石涂层的制备方法：该方法是以高纯C₂H₂作为DLC涂层中的碳来源，经过三个气体离子源进入真空炉内进行等离子体气体放电，三个气体离子源安置在炉体内壁上；采用高纯Ar作为溅射气体，保证镀膜前对基体表面进行等离子体的有效轰击清洗；离化后的碳粒子在基体表面沉积形成具有绝缘性能的类金刚石涂层。

进一步的，上述高纯C₂H₂的体积浓度为99.999％。

本发明以上所述的制备方法，具体包括以下步骤：

1)准备基体

预处理基体，将预处理后的基体放入离子束辅助磁控溅射镀膜设备的试样台架上；

2)基体等离子体清洗

将基体装入真空室，抽真空并加热，通入Ar到真空室，当真空室气压达到6Pa时，开偏压至-1000V对真空室的基体表面进行轰击清洗，持续20-40min；

3)DLC底层制备

将Ar气体关闭，通过抽气调节阀将真空室气压调至0.3Pa，调整基体偏压到-300V，调整加热温度到100℃不变；然后，开启三个离子源的电源功率分别为0.5KW，并分别通入三路C₂H₂气体各为20ml/min进入真空室，开始在基体表面制备DLC底层，保持10min；

4)DLC过渡层制备

DLC底层制备完成后，在60min内按比例均匀增加三个离子源功率和三路C₂H₂流量分别到5KW和50ml/min；同时，60min内均匀降低基体偏压到-100V，在DLC底层上制备DLC过渡层；

5)DLC涂层制备