[发明专利]一种类金刚石薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种类金刚石薄膜的制备方法以及采用该方法制备的类金刚石薄膜，该方法包括如下步骤：S3.在基材上制备金属碳化物过渡层；S4.通过同时进行PECVD过程和PVD过程，在所述金属碳化物过渡层上形成金属W掺杂DLC过渡层，其中控制脉冲偏压逐渐升高，WC靶电流逐渐降低，使所述金属W掺杂DLC过渡层由内至外从以金属W为主体逐步过渡到以DLC为主体；S5.采用PECVD法在所述金属W掺杂DLC过渡层上形成DLC层。本发明在降低生产成本的同时，提高了DLC层与基材表面的结合力。

技术领域

本发明涉及一种类金刚石薄膜及其制备方法。

背景技术

DLC(类金刚石薄膜)是一种采用真空气相沉积法制备的薄膜，具有高硬度、高耐磨、低摩擦、优异的润滑效果、高热导率、低介电常数、优良的光学特性、良好化学惰性等性能。目前已广泛的应于机械、汽车、刀具、模具、装饰、保护涂层等领域，预计未来会有更为广阔的应用空间。

DLC的制备方法主要有两种：物理气相沉积法(PVD法)和等离子增强化学气相沉积法(PECVD法)。PECVD法具有对设备要求低、重复性好、产量高、适合大规模的工业化生产等优点；虽然如此，采用PECVD法生产的DLC本身的应力较大，并难以同时实现膜层成分和结构上的过渡，导致生产的DLC的性能不够理想。采用PVD法生产的DLC的硬度高，应力小，可同时实现膜层成分和结构上的过渡，所以在与基材的结合力等机械性能方面更具有优势；但是，PVD法对生产设备的要求较高，投入成本高，产量低，且成膜速度慢。

为了降低生产成本，同时提高DLC层与基材表面的结合力，有研究人员先采用PVD法在基材表面沉积一层碳化物过渡层，然后在过渡层的表面采用PECVD法制备DLC层，以提高DLC层与基材的结合力。由于外层DLC采用PECVD法制备，在过渡层与DLC层之间很难形成良好的成分过渡与结构过渡，所以采用PVD法制备的过渡层也难以和采用PECVD法制备的DLC层之间形成良好的结合力，也就不能较好的提高DLC层与基材表面的结合力。

发明内容

为了弥补上述现有技术的不足，本发明提出一种类金刚石薄膜及其制备方法，在降低生产成本的同时，提高DLC层与基材表面的结合力。

本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：

一种类金刚石薄膜的制备方法，包括如下步骤：

S3.在基材上制备金属碳化物过渡层；

S4.通过同时进行PECVD过程和PVD过程，在所述金属碳化物过渡层上形成金属W掺杂DLC过渡层，其中控制脉冲偏压逐渐升高，WC靶电流逐渐降低，使所述金属W掺杂DLC过渡层由内至外从以金属W为主体逐步过渡到以DLC为主体；

S5.采用PECVD法在所述金属W掺杂DLC过渡层上形成DLC层。

进一步地：

在步骤S3之前还包括步骤S2.在基材表面形成纯金属Cr或Ti过渡层；步骤S3中是在所述纯金属Cr或Ti过渡层上形成所述金属碳化物过渡层。

所述步骤S2采用PVD法形成纯Cr或Ti过渡层，其中通入Ar气量在200sccm～250sccm，控制炉内气压在0.35～0.45Pa，脉冲偏压为80-150V，占空比40％～60％，Cr靶或者Ti靶电流为25-30A，得到纯Cr或Ti过渡层的厚度为0.2-0.3微米。

所述步骤S3包括如下步骤：

S31.在所述纯金属Cr或Ti过渡层上形成底层CrC过渡层或底层TiC过渡层；

S32.在所述底层CrC过渡层上形成CrC和WC梯度混合层，或者，在所述底层TiC过渡层上形成TiC和WC梯度混合层；

S33.在所述梯度混合层上形成中间WC过渡层。