[发明专利]含金属掺杂的类金刚石厚膜及其制备方法

权利要求书

1.一种含金属掺杂的类金刚石厚膜，其特征在于：包含基材（1）、结合层（2）、掺杂层（3）和功能层（4），所述掺杂层（3）和功能层（4）结合形成一复合层，所述基材（1）的上表面设有结合层（2），所述结合层（2）的上表面设有依次叠加的复合层且所述掺杂层（3）和功能层（4）间隔设置，所述结合层（2）与复合层中的掺杂层（3）结合，所述类金刚石厚膜的厚度大于4μm。

2.如权利要求1所述的含金属掺杂的类金刚石厚膜，其特征在于：所述类金刚石厚膜的厚度大于10μm，并具有100N以上的划痕结合力。

3.如权利要求1所述的含金属掺杂的类金刚石厚膜，其特征在于：所述基材（1）为合金钢、Si、陶瓷中的一种。

4.如权利要求1所述的含金属掺杂的类金刚石厚膜，其特征在于：所述结合层（2）为Cr、Ti、Ni、Si中的一种，所述结合层（2）的厚度为200~300nm。

5.如权利要求1所述的含金属掺杂的类金刚石厚膜，其特征在于：所述掺杂层（3）中掺杂的金属为W、Ti、Cr中的一种或多种，所述掺杂层（3）的厚度为80~120nm。

6.如权利要求1所述的含金属掺杂的类金刚石厚膜，其特征在于：所述功能层（4）为DLC膜，其厚度为450~550nm。

7.如权利要求1-6中任一项所述的含金属掺杂的类金刚石厚膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1）将基材（1）固定于真空镀膜室中，对真空镀膜室抽气，使之达到5.0×10^-3Pa以上的真空度；

S2）通入纯度为5N以上的Ar气，用离子束对所述基材（1）进行离子清洗，Ar气流量10~30sccm，工艺压力1.2×10^-1~3.0×10^-1Pa，离子束上施加直流电压800~1600V，电流100~200mA，清洗时间10min，该清洗过程中基材（1）上施加脉冲偏压1500~2000V，频率40~60kHz，占空比大于90%；

S3）采用磁控溅射技术进行结合层（2）的沉积制备，沉积过程中向镀膜真空室内通入气流量35~50sccm的Ar气，工艺压力2.0~3.0Pa，磁控溅射阴极上施加直流电流5.0~8.0A，沉积时间20~30min，该沉积过程中基材（1）上施加直流脉冲偏压100~120V，频率40~60kHz，占空比70~90%；

S4）同时采用离子束技术和磁控溅射技术进行掺杂层（3）的沉积制备，沉积过程中向镀膜真空室内通入C₂H₂气和Ar气，C₂H₂流量20~25sccm，Ar气流量8~10sccm，工艺压力2.0×10^-1~3.0×10^-1 Pa；磁控溅射阴极的靶材为所述掺杂层（3）中待掺杂的金属，其上施加射频功率450~550W，离子束上施加直流电压1200~1600V，电流120~220mA，涂层沉积时间10~20min，该沉积过程中基材（1）上施加直流脉冲偏压1500~2000V，频率40~60kHz，占空比70~90%；

S5）采用离子束技术进行功能层（4）的沉积制备，沉积过程中通入C₂H₂气，流量30~45sccm，工艺压力2.0×10^-1~3.0×10^-1 Pa，离子束上施加直流电压1200~1600V，电流120~220mA，涂层沉积时间60~80min，该沉积过程中基材（1）上施加直流脉冲偏压1500~2000V，频率40~60kHz，占空比70~90%；

S6）交替完成以上步骤S4）和S5）直至总厚度达到要求。

8.如权利要求7所述的含金属掺杂的类金刚石厚膜的制备方法，其特征在于：所述功能层（4）的厚度大于所述掺杂层（3）的厚度。

9.如权利要求7所述的含金属掺杂的类金刚石厚膜的制备方法，其特征在于：所述步骤S4）中磁控溅射阴极的靶材为W、Ti、Cr中的一种或多种。