[发明专利]形成有类金刚石碳薄膜的材料及用于制造该材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种形成有类金刚石碳薄膜的材料，以及用于制造该材料的方法，该材料包含基材和形成于该基材表面上的类金刚石薄膜以及在它们之间的中间层。

背景技术

众所周知，类金刚石碳(diamond-like carbon，下面简称为DLC)薄膜由无定形碳构成，其具有较高的硬度和较低的摩擦系数，从而已被用作在各种基材上的耐磨润滑膜。特别地，DLC薄膜已被用作磁盘读取头、加工工具等的表面涂层。已知的用于形成DLC薄膜的方法包括等离子体化学气相合成(CVD)法、溅射法、电弧离子镀法等。

DLC薄膜与基材之间的结合强度不是很高，于是DLC薄膜有较易从基材中剥离的趋势。因此，人们已进行了各种研究以抑制DLC薄膜的剥离。

例如，日本未审查的专利公开No.10-203897提出了一种用于清洁基材表面的方法，其包括如下步骤：用氢离子照射基材以诱发表面的还原反应，然后将表面暴露于溅射气体。然而，当基材由不易转变为碳化物的物质(比如铝、镁、硅、或其合金)构成时，即使在使用经清洁的表面的情况中，也难以抑制DLC薄膜的剥离。

日本未审查的专利公开No.10-203897在其0023段描述了一种方法，其包括如下步骤：将碳离子注入基材内以形成作为离子注入层的含碳层，随后在其上形成DLC薄膜。然而，在该方法中，含碳层在基材内形成，于是基材的表面组成可能几乎未因离子注入而改变。因此，难以在DLC薄膜与基材表面之间保持令人满意的结合强度，从而难以抑制DLC薄膜的剥离。

另一推荐的用于抑制DLC薄膜的剥离的方法包括在基材与DLC薄膜之间设置中间层。例如，日本未审查的专利公开No.10-203896描述了一种方法，其包括如下步骤：按顺序在基材的表面上形成由硅、钨、钛或铝构成的粘附层和由碳化硅、碳化钨、碳化钛或碳化铝构成的DLC预处理层，然后在DLC预处理层上形成DLC薄膜。

此外，日本未审查的专利公开2008-024996描述了一种方法，其包括如下步骤：在由铝、镁或钛的合金构成的基材上形成含金属的DLC层作为中间层，然后交替地层叠DLC薄膜和含金属的DLC层。含金属的DLC层中的金属为钨、钼、铬、或钛，并且金属的含量为5-15wt％。

当中间层按如上所述方法被形成时，需要用于产生中间层用金属的靶和设备，如日本未审查的专利公开No.10-203896中的图2以及日本未审查的专利公开No.2008-024996中的0031段所示。因此，薄膜形成装置具有复杂的大型结构，从而不利地导致较高的设备成本。

发明内容

本发明的总体目标是提供一种形成有类金刚石碳薄膜的材料，该材料具有不易从基材上剥离的DLC薄膜。

本发明的主要目标是提供一种用于制备形成有类金刚石碳薄膜的材料的方法，该方法能用常用的薄膜形成装置进行。

根据本发明的一方面，提供一种形成有类金刚石碳薄膜的材料，其包含基材和形成于基材表面上的类金刚石碳薄膜以及在它们之间的中间层，其中中间层是包含源自基材的组分金属原子和类金刚石碳的复合层。源自基材的组分金属原子是指由作为产生源的基材中获得的金属原子，并且不包括通过使用除作为产生源的基材之外的靶等获得的金属原子。

包含上述组分的中间层被牢固地结合在基材和DLC薄膜上。由于中间层包含源自基材的组分金属原子，故中间层与基材是高度相容的。此外，由于中间层包含DLC，故中间层与DLC薄膜是高度相容的。

因此，中间层以令人满意的结合强度被连接到基材和DLC薄膜中的每一个上。于是，DLC薄膜通过形成于DLC薄膜与基材之间的中间层被牢固地结合到基材上。

基材的组分的优选例子包括：铝，镁，硅，以及包含铝、镁和硅中至少一种的合金。已知DLC薄膜是相对较易从这类金属中剥离的。在本发明中，可以形成甚至不易从这些金属中剥离的DLC薄膜。

上述金属是轻质的，使得获得的形成有DLC薄膜的材料可实现低重量。

组分金属原子在中间层中的构成比例可以沿从基材到类金刚石碳薄膜的方向减小。在该情况中，中间层可作为梯度层被获得，其性能依赖于金属及DLC的构成比例而变化。于是，甚至在基材与DLC薄膜具有热膨胀系数差的情况中，中间层的基材一侧部分也会具有与基材近似相等的热膨胀系数，并且中间层的DLC薄膜一侧部分具有与DLC薄膜近似相等的热膨胀系数。因此，例如，当形成有DLC薄膜的材料在高温环境中被使用时，能抑制因基材与DLC薄膜之间的热膨胀系数失配所导致的DLC薄膜的剥离。