[发明专利]采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法

说明书

一种热电子等离子体制备类金刚石涂层的方法，其包括打底过渡层及类金刚石涂层；其通过利用电磁增强磁控溅射制备打底过渡层，随后既可以利用弧光强流热电子等离子体也可以利用灯丝热电子等离子体制备类金刚石涂层；其中弧光强流热电子是通过中心阳极将带有挡板的电弧放电过程中的电子引出，灯丝热电子是通过加热高温灯丝，灯丝发射电子在磁场及电场的作用引出，热电子在向阳极运动过程中，与气体发生碰撞并离化，离化的碳离子沉积在工件表面获得类金刚石涂层；弧光强流热电子及灯丝热电子束流大，在电场及磁场作用下碳氢气体的离化率急剧增大，增大了沉积速率。

技术领域

本发明属于真空镀膜设备技术领域，涉及一种采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法。

背景技术

类金刚石薄膜(Diamond-like carbon film，DLC)由于具有许多优异的物理、化学性能，如高硬度、低摩擦系数、优良的耐磨性、高介电常数、高击穿电压、宽带隙、化学惰性和生物相容性等。经过多年的发展，DLC薄膜在很多领域的应用也已进入实用和工业化生产阶段。

现有的DLC沉积技术主要是物理气相沉积(PVD)及化学气相沉积(CVD)，其中，PVD主要包括离子束沉积(IBD)、磁控溅射、多弧离子镀、脉冲激光沉积等，CVD包括热丝化学气相沉积、等离子化学增强气相沉积(PECVD)。这几种技术都存在一些问题，主要表现在以下几个方面：离子束沉积因石墨溅射速率低二沉积速率低；磁控溅射沉积一方面溅射速率低，另一方面原子能量低导致结构疏松硬度低；多弧离子镀沉积过程中会产生大量碳颗粒；脉冲激光沉积能耗高，涂层均匀性差，有效沉积区小；热丝气相沉积技术沉积温度高，极大地限制了基体材料的范围；PECVD虽然有效的降低了反应温度，但沉积过程中沉积效率较低，碳原子离化率低，成膜质量结构不够致密。

而现有的类金刚石涂层PVD设备主要是通过单一的磁控溅射技术与等离子体离化碳氢气体相结合，利用PECVD(等离子辅助化学气相沉积)技术沉积获得类金刚石涂层，一方面此类设备粒子源沉积速率低，生产效率低，另一方面此类设备离化率低，类金刚石涂层表面结构疏松，成膜质量差。现有的磁控溅射阴极制备类金刚石涂层装置，其类金刚石涂层结构达不到良好效果的主要原因就是磁控溅射过程中的粒子离化率低，同时溅射过程中受磁场的影响，靶面刻蚀沟道影响靶材的使用寿命，增大了类金刚石涂层的制备成本。

现有的工业化生产的类金刚石涂层主要时通过利用常规辉光放电制备而成的，利用高偏压施加于转架之上，利用高电压所形成的气体之间的辉光放电对碳氢气体进行离化，离化的碳粒子沉积在电场的作用下沉积在待镀工件上。这种方式的主要缺点包括：一、沉积速率慢、非类金刚石相多，常规辉光放电碳氢气体离化率低，离子能量低，形成的类金刚石涂层中，非SP3键含量高；二、待镀工件易打火，良品率低，施加高偏压，沉积绝缘涂层，待镀工件上易出现电子聚集打火，影响待镀工件表面涂层质量及良品率。

因此，如何解决上述问题，是本来领域技术人员着重要研究的内容。

发明内容

为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法；该方法有助于提高类金刚石涂层成膜质量及生产效率。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法，包括以下步骤：

第一步，待镀工件的等离子清洗：所述等离子清洗为将真空腔室抽至本底真空5E-3pa以下时，通入流量为50-500sccm的氩气及流量为50-500sccm氢气，随后启动弧光强流热电子装置中的电弧离子镀弧源，电流80-120A，中心阳极接弧电源正极，在20-500V的偏压梯度，利用氩离子及氢离子对待镀工件进行清洗，随后关闭氢气，利用氩气对待镀工件进行表面活化及清洗；