[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

摘要

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。

主权项

1.一种采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法，其特征在于：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；第二步，打底过渡层的沉积: 所述打底过渡的沉积为利用电磁增强磁控溅射阴极及中心阳极所形成的环形闭合磁场及正交电磁场实现打底过渡层的沉积；所述电磁增强磁控溅射阴极为四组，其中两组金属Cr靶，两组WC靶；将第一步中等离子体清洗过程后的待镀工件将进行以下步骤：、先开启金属Cr靶，调节金属Cr靶功率为5‑20kw，转架上施加1‑100V的负偏压，中心阳极施加1‑25V的正电压，磁控溅射阴极上装配的电磁增强线圈电流为1‑5A，在环形闭合磁场及正交电磁场的作用下沉积厚度为0‑1um的金属打底过渡Cr层；B、随后开启WC靶，并通过调节靶功率实现金属Cr及WC的复合梯度层，其中金属Cr靶的功率从5‑20Kw降至1‑5Kw，WC靶功率从1‑5Kw升至5‑20kw；转架上施加1‑100V的负偏压，中心阳极施加1‑25V的正电压，磁控溅射阴极上装配的电磁增强线圈电流为1‑5A，在环形闭合磁场及正交电场的作用下沉积一定厚度0‑2um的梯度复合层；随后以稳定的靶功率参数沉积厚度为0‑3um的复合层，其中WC靶功率为5‑20kw，金属Cr靶功率为1‑5Kw；C、然后再通入流量为0‑300sccm的乙炔，关闭金属Cr靶，WC靶功率为5‑20Kw，转架上施加0‑100V的负偏压，中心阳极施加1‑50V的正电压，磁控溅射阴极上装配的电磁增强线圈电流为1‑5A，在环形闭合磁场及正交电场的作用下沉积厚度为0‑2um的梯度WC‑H层；随后以稳定的靶功率及气体流量参数沉积厚度为0‑3um的WC‑H层，其中WC靶功率为5‑20kw，乙炔流量为150‑300sccm；第三步，类金刚石涂层的沉积：类金刚石涂层是通过热电子等离子体技术制备而成，热电子等离子体技术包括弧光强流热电子及灯丝热电子，其中弧光强流热电子是通过利用弧光放电中弧源前放置挡板，并且弧源正极接中心阳极，挡板遮挡住放电过程产生的离子、大颗粒等粒子，而电子将绕过挡板向中心阳极运动，从而大量的热电子被引出；灯丝热电子是通过大束流经过高熔点的灯丝，灯丝受热大量电子会溢出，同时灯丝上将叠加一个负电压，与灯丝位置相对应的阳极上施加正电压，受热溢出的热电子在电场作用下将从灯丝装置中被引出；被引出的热电子在向阳极运动的过程中，受磁场及电场的作用，电子将会与气体发生碰撞，并对其离化，从而可将碳氢气体离化在待镀工件表面沉积类金刚石涂层。