一种织构化类金刚石碳基薄膜及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111139430A(43)申请公布日2020.05.12(21)申请号202010052653.XC23C14/35(2006.01)(22)申请日2020.01.17(71)申请人兰州理工大学地址730050甘肃省兰州市七里河区兰工坪路287号申请人中国科学院兰州化学物理研究所(72)发明人何东青尚伦霖李文生张广安成波张辛健(74)专利代理机构北京高沃律师事务所11569代理人赵晓琳(51)Int.Cl.C23C14/02(2006.01)C23C14/04(2006.01)C23C14/16(2006.01)C23C14/06(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图5页(54)发明名称一种织构化类金刚石碳基薄膜及其制备方法(57)摘要本发明提供了一种织构化类金刚石碳基薄膜及其制备方法，属于表面工程领域。本发明提供一种利用金属网筛栅遮挡金属基体表面的方法，简单便捷地原位制备织构化DLC薄膜，金属基底表面的金属网筛并非与基底紧密贴合，而是与基底留有一定间隙，且间隙尺寸严格控制，利用此间隙实现沉积空间等离子体密度的重新分布，使金属网栅遮挡区域与基体间隙处的等离子体密度增加，从而提高此区域的沉积速率，而未遮挡区域沉积速率不变，导致遮挡区域薄膜厚度大于未遮挡区域，从而在薄膜沉积过程中原位形成织构化表层，薄膜本身连续完整，不存在未覆盖区域，且织构坑形状、密度和深度均可通过沉积工艺的调控实现可控调节。CN111139430ACN111139430A权利要求书1/1页1.一种织构化类金刚石碳基薄膜的原位制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在金属基底的表面固定金属网栅，所述金属网栅与金属基底表面的间隙为50～200μm，得到表面覆盖金属网栅的金属基底；以Cr靶为溅射靶材，对所述表面覆盖金属网栅的金属基底进行闭合场非平衡磁控溅射，形成Cr粘接层；以Cr靶和C靶为溅射靶材，在所述Cr粘接层的表面制备Cr→CrxCy梯度过渡层，所述x逐渐减小，y逐渐增大；以C靶为溅射靶材，在所述Cr→CrxCy梯度过渡层的表面进行磁控溅射，形成C层，得到所述织构化类金刚石碳基薄膜。2.根据权利要求1所述的原位制备方法，其特征在于，所述表面覆盖金属网栅的金属基底进行闭合场非平衡磁控溅射前还包括Ar+清洗，所述Ar+清洗的真空压力为2×10-4～5×10-4Pa，偏压为-300～-500V，转架转速为3～5rpm，时间为15～20min。3.根据权利要求1所述的原位制备方法，其特征在于，所述闭合场非平衡磁控溅射的偏压为-50～-70V，转架转速为3～5rpm，靶功率为500～900W，时间为10～15min。4.根据权利要求1所述的原位制备方法，其特征在于，所述以Cr靶和C靶为溅射靶材，在所述Cr粘接层的表面制备Cr→CrxCy梯度过渡层的步骤如下：在20～30min内将溅射Cr靶的功率由500～900W线性降为0W，溅射C靶的功率由0W线性升高至2.0～2.3kW。5.根据权利要求1或4所述的原位制备方法，其特征在于，所述在Cr→CrxCy梯度过渡层的表面进行磁控溅射的偏压为-50～-70V，转架转速为3～5rpm，C靶的功率为2.0～2.3kW。6.根据权利要求1所述的原位制备方法，其特征在于，所述金属基底依次经逐级打磨、抛光至表面粗糙度Ra≤0.2μm、丙酮超声清洗、无水乙醇超声清洗和氮气吹干后使用。7.根据权利要求6所述的原位制备方法，其特征在于，所述丙酮超声清洗和无水乙醇超声清洗的时间独立地为15～20min，温度独立地为25～30℃，功率独立地为500～800W。8.根据权利要求1所述的原位制备方法，其特征在于，所述金属网栅的厚度为100～200μm。9.根据权利要求1所述的原位制备方法，其特征在于，所述金属网栅依次经丙酮超声清洗、无水乙醇超声清洗和氮气吹干后使用。10.权利要求1～9任一项所述制备方法制得的织构化类金刚石碳基薄膜，其特征在于，依次包括Cr粘接层、Cr→CrxCy梯度过渡层以及C层，所述织构化类金刚石碳基薄膜的厚度为500～1000nm，织构坑深度为140～200nm。2CN111139430A说明书1/7页一种织构化类金刚石碳基薄膜及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及表面工程技术领域，尤其涉及一种织构化类金刚石碳基薄膜及其制备方法。背景技术[0002]类金刚石碳基(DLC)薄膜由于其优异的机械、化学、电子和摩擦学性能，已广泛应用于汽车零部件、刀具、计算机电子部件和生物医学设备等领域。虽然DLC薄膜性能优越，但是随着行业需求的不断增长，DLC薄膜的性能受到了挑战，尤其是摩擦学性能需进一步提升。为了进一步提高DLC薄膜的摩擦学性能，人们进行了各种尝试