[发明专利]涂覆有无定形氢化碳的基材

说明书

技术领域

本发明涉及涂覆有涂层的基材，该涂层至少包含第一层和第二层，所述第一层为具有高光学带隙的类聚合物无定形氢化碳涂层，所述第二层为具有低光学带隙的类金刚石无定形氢化碳涂层。

本发明还涉及制造这样的涂层的方法。

背景技术

已证明无定形氢化碳涂层具有宽广范围的电子、光学和摩擦学性能。许多无定形氢化碳涂层在从强烈氢化的类聚合物涂层到硬质类金刚石碳涂层的领域中是公知的。

硬质碳涂层的缺点是对基材的附着性差。这种差的附着性是由涂层中存在的高的压应力引起的。这种差的附着性和高应力的结果是可达到的涂层厚度有限。

为了提高对基材的附着性，可用一种或多种掺杂元素例如金属元素(Ti、Zr、W、Si、Ta)或非金属元素(N、F、O)掺杂该无定形氢化碳涂层。

提高对基材的附着性的另一种可能方式是通过在基材和无定形氢化碳涂层之间使用一个或多个中间层。

另外的可能方式是施加包含层状结构的涂层。一个实例包含如EP856 592中所述的涂层，该涂层含有类金刚石碳涂层(DLC)和类金刚石纳米复合物(DLN)涂层的交替层。

发明内容

本发明的目的是提供至少部分涂覆有无定形氢化碳涂层的基材从而避免现有技术中的问题。

本发明的另一个目的是提供至少部分涂覆有包含至少第一层和第二层的涂层的基材，其中第二层的E₀₄光学带隙小于第一层的E₀₄光学带隙。

本发明的另外目的是提供至少部分涂覆有包含一定数目层状结构的涂层的基材，每个结构包含第一层和第二层。

本发明的另外目的是提供至少部分涂覆有硬度随着涂层厚度改变的涂层(例如在涂层外侧处具有较高硬度的涂层)的基材。

本发明的另外目的是提供具有对基材的附着性得到改善的涂层的基材。

本发明的另外目的是提供具有高厚度涂层的基材。

本发明的另外目的是提供制造至少包含第一层和第二层的涂层的方法，所述第一层为类聚合物无定形氢化碳涂层，所述第二层为类金刚石无定形氢化碳涂层。

根据本发明的第一方面，提供了至少部分涂覆有涂层的基材。该涂层至少包含第一层和第二层。第一层和第二层中的每一个包含无定形氢化碳。第一层具有第一E₀₄光学带隙，第二层具有第二E₀₄光学带隙。第二E₀₄光学带隙小于第一E₀₄光学带隙。

对于本发明而言，E₀₄光学带隙定义为光吸收系数α达到α＝10⁴cm^-1阈值时的光子能量。

吸收系数定义为

其中k为消光系数；和

λ是以cm计的光的波长。

通过椭偏光度法测定光学常数例如折射率和消光系数。通过使用由Jellison和Modine在Appl.Phys.Lett.69(1996)371 erratum2137中推导的Tauc-Lorentz模型测定光学常数。

第一层的E₀₄光学带隙优选高于1.6，例如高于1.8。

第二层的E₀₄光学带隙优选低于1.3，例如低于1.1。

第一层和第二层均包含无定形氢化碳。无定形氢化碳涂层是指包含碳和氢的任何无定形涂层。在优选实施方案中，第一层和第二层包含由碳和氢构成的无定形氢化碳涂层。虽然第一层和第二层均包含无定形氢化碳，但是第一层不同于第二层。第一层优选包含类聚合物的无定形氢化碳涂层而第二层优选包含类金刚石的无定形氢化碳涂层。

例如通过对比第一层和第二层的性能如光学、机械、摩擦学和电性能，清楚了第一层和第二层之间的差异。

对于本发明而言，类聚合物无定形氢化碳涂层定义为具有高的氢浓度、高的CH_x端基(sp¹杂化CH端基、sp²杂化CH₂端基和sp³杂化CH₃端基)贡献以及因此具有弱的C-C键网络的层。此外，类聚合物无定形氢化碳涂层具有优选高于1.6(例如高于1.8)的高E₀₄光学带隙。