[实用新型]类金刚石膜涂层设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种类金刚石膜涂层设备。 

背景技术

类金刚石膜涂层(Diamond-like Carbon)简称DLC涂层。类金刚石（DLC）薄膜是一种含有一定量金刚石键（sp2和sp3）的非晶碳的亚稳类的薄膜。薄膜的主要成分是碳，因为碳能以三种不同的杂化方式sp3、sp2和sp1存在,所以碳可以形成不同晶体的和无序的结构。这也使得对碳基薄膜的研究变得复杂化。在sp3杂化结构中，一个碳原子的四个价电子被分配到具有四面体结构的定向的sp3轨道中，碳原子与相邻的原子形成很强的♂键，这种键合方式我们通常也称之为金刚石键。在sp2杂化结构中，碳的四个价电子中的三个进入三角形的定向的sp2轨道中，并在一个平面上形成♂键，第四个电子位于同♂键一个平面的pπ轨道。π轨道同一个或多个相邻的原子形成弱的π键。而在sp1结构中，四个价电子中的两个进入π轨道后各自在沿着x轴的方向上形成♂键，而另外两个价电子则进入y轴和z轴的pπ轨道形成π键。DLC碳膜可以被掺杂不同的元素得到掺杂的DLC(N-DLC)薄膜。它们中的C都是以sp3、sp2和sp1的键合方式而存在，因而有诸多与金刚石膜相似的性能。 

类金刚石(DLC)膜具有许多与金刚石相似或相近的优良性能，如硬度高、弹性模量高、摩擦系数低、生物相溶性好、声学性能好、电学性能佳等。DLC薄膜发展到今天，已经为越来越多的研究者和工业界所熟知和关注，在工业各领域都有极大的应用前景。目前DLC薄膜已经在航空航天、精密机械、微电子机械装置、磁盘存储器、汽车零部件、光学器材和生物医学等多个领域有广泛的应用，是具有重要应用前景的高性能的无机非金属薄膜材料。 

美国已经将类金刚石薄膜材料作为21世纪的战略材料之一。目前类金刚石膜的研究、开发、制备及应用正向深度和广度推进。类金刚石制备的方法很多：如离子束辅助沉积、磁控溅射、真空阴极电弧沉积、等离子体增强化学气相沉积、离子注入法等。但不同的制备方法，DLC 膜的成分、结构和性能有很大的差别。要实现大批量、大面积、质优的DLC 膜的应用，还存在不少问题。如：目前大多数沉积设备或装置都属于实验室使用原理型的设备，制备成本高、单炉次产量小、不能连续生产。不能作工业企业大批量生产，实现产业化的设备。 

目前传统设备或者装置制备的涂层质量不稳定，涂层附着力差，膜层厚度极其微薄（1μm左右）等。不能满足实际应用特别是在高运动付，高频率摩擦的狭窄工件表面涂层DLC的质量要求。 

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术的不足，提供一种可规模化生产、实现产业化而且可实现高附着力、高硬度、低摩擦系数的类金刚石膜的涂层设备。 

本实用新型是通过以下技术方案予以实现的： 

类金刚石膜涂层设备，它包括涂层室、行星旋转工件架、磁过滤弧源、分子泵、真空系统，所述涂层室为立式圆柱形，整体双层水冷式结构，所述涂层室前部设有进料门，所述涂层室的顶部设有管状加热器、热电偶接口，所述涂层室的底部设有进气口和行星旋转工件架，所述行星旋转工件架底部连接有驱动系统，所述涂层室的侧壁安装有磁过滤弧源，所述涂层室的后部安装有分子泵和真空系统。 

进一步的，所述磁过滤弧源由引弧电极、阴极支架、靶材、推弧电磁线圈、聚焦电磁线圈、弯头组成，所述靶材安装在阴极支架上，所述引弧电极和所述阴极支架外接引弧电源，所述推弧电磁线圈和所述聚焦电磁线圈安装在所述引弧电极和阴极支架产生电弧处的外围。 

进一步的，所述弯头为锥度2°弯曲弧度为100°的锥度弯头，所述锥度弯头的外表面安装有多个弯曲弧电磁线圈，在锥度弯头内形成强度为0～20 mT的弯曲磁场。 

本实用新型的工作原理：磁过滤弧源内的引弧电极和阴极支架外接引弧电源，聚焦电磁线圈产生的推动力将电弧推向前方，适当调节推弧电磁线圈和聚焦电磁线圈的线圈电流，还可以控制阴极斑点在阴极表面运动的范围，使阴极进行均匀刻蚀，得到一个稳定燃烧的冷等离子体电弧。锥度弯头为等离子体通过的管道，弯曲弧电磁线圈可以产生强度为0～20 mT的弯曲磁场，起到弯曲电弧过滤中性粒子等宏观粒子团的作用。最后，阴极材料离子通过锥度弯头出口进入涂层室。在涂层室内，根据工艺要求设置好加热温度、真空度，再充入N、C、H、O₂、CH₄等气体，磁过滤后的离子在工件表面进行镀膜。 

本实用新型具有以下技术效果：