[发明专利]一种低应力四面体非晶碳复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低应力四面体非晶碳复合膜及其制备方法，涉及镀膜技术领域。四面体非晶碳复合膜将韧性金属层穿插于基体和四面体非晶碳膜之间，韧性金属层用于吸收四面体非晶碳膜持续生长的残余应力，随着复合膜厚度的增加，金属层可以持续吸收残余应力，这样可以保证复合膜与基体的稳固结合，使薄膜在刀具切削过程中不易脱落。同时金属层穿插也可以防止四面体非晶碳膜颗粒聚集长大，提高了膜层的表面质量。本发明提供的低应力四面体非晶碳复合膜的制备方法简单可行，其制备得到的四面体非晶碳复合膜残余应力低，复合膜与基体的结合力好，硬度高，表面质量好，厚度可控。

技术领域

本发明涉及镀膜技术领域，具体而言，涉及一种低应力四面体非晶碳复合膜及其制备方法。

背景技术

碳基薄膜主要有类金刚石薄膜、金刚石薄膜，其中类金刚石薄膜可分为具有较低sp3键含量的类金刚石薄膜及具有较高sp3键含量四面体非晶碳膜。碳基薄膜因其高硬度、低摩擦系数在工模具行业中具有巨大的应用潜力。

其中，金刚石薄膜具有超高硬度(接近100GPa)、优异的力学性能、良好的导热性，是加工有色金属、碳纤维、高硅铝合金的理想刀具涂层，但金刚石薄膜制备成本高、镀膜温度高(＞800℃)限制了其在加工领域的应用。具有较低sp3键含量的类金刚石薄膜作为耐磨减摩涂层在模具行业虽有广泛的应用，但其作为刀具涂层已无法满足的高速干式切削要求。而含有更高sp3键含量的四面体非晶碳膜具有更高的硬度和耐磨性，在刀具领域尤其是在PCB线路板、硅铝合金等部分难加工材料领域具有更好的应用前景。

专利“一种降低超薄四面体非晶碳膜应力的方法(CN201610252859)”阐述了一种采用磁过滤辅助电弧离子镀在硅片表面沉积低应力四面体非晶碳膜的方法，该方法关键点在于磁过滤技术，电弧大颗粒在磁弯管条件下无法沉积到基体表面，进而可得到低应力的四面体非晶碳膜。专利“一种减小光学窗口用四面体非晶碳膜残余应力的方法(CN201711067629)”阐述了在电弧离子镀四面体非晶碳膜沉积过程中，循环使用高-低偏压的方法可实现低残余应力制备。专利“用于在工件上沉积无氢四面体非晶碳层的装置和方法(CN201811283175)”阐述了采用高功率脉冲电源作为阴极石墨靶驱动电源，辅助磁过滤装置可实现低摩擦系数，高硬度(20GPa-80GPa可控)四面体非晶碳膜制备。

文章“Thickness Dependence of Stress and Microstructure in UltrathinTetrahedral Amorphous Carbon Films”介绍了利用其自主研制的双弯曲磁过滤阴极电弧技术制备四面体非晶碳膜，研究膜层厚度对残余应力的影响规律及机制。文章表明在7.6nm到50nm之间，膜层残余应力先减小后增加。文章“氩离子轰击对四面体非晶体碳膜内应力和摩擦系数影响的研究”表明氩离子轰击诱导了四面体非晶碳膜中sp3向sp2键转化，并且随着氩离子轰击能量的增大，薄膜中sp2键含量逐渐增加，薄膜内残余应力随着轰击能量的增大逐渐减小。文章“磁过滤阴极电弧技术沉积高sp3键含量四面体非晶碳薄膜的工艺优化研究”通过对不同基片偏压下磁过滤器电流对四面体非晶碳(ta-C)薄膜sp3键含量影响的研究,探讨了磁过滤阴极电弧技术制备高sp3键ta-C薄膜优化工艺条件。在不同的基片偏压下,薄膜沉积率随着磁过滤器电流增大而增大。目前，利用电弧离子镀技术制备的四面体非晶碳膜与基体结合不牢固，使得刀具切削过程中容易发生薄膜脱落失效。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低应力四面体非晶碳复合膜及其制备方法以解决上述技术问题。

本发明是这样实现的：

一种低应力四面体非晶碳复合膜，非晶碳复合膜是在基体表面依次交替沉积的金属层和四面体非晶碳膜层。