[发明专利]一种润滑薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种薄膜的制备方法，具体涉及一种表面具有微纳结构的润滑薄膜的制备方法。

背景技术

研究表明，在摩擦系统中，摩擦力并不完全与表面粗糙度成正比。例如在机械传动副中，当滑动部件表面粗糙度达到微纳米级或原子级时，摩擦力反而大大增加。而在材料表面制备仿生微结构(包括表面微坑、表面微凸起、表面织构、非光滑表面)可以有效改善滑动表面的摩擦学性能。例如，1991年Ranjan在计算机硬盘盘片的起动停止区采用激光技术加工了由直径20微米，深10纳米左右的凹坑组成的点阵，成功地减小了盘片与磁头的摩擦，延长了使用寿命；2000年本田公司采用微小陶瓷球高速喷射方法处理活塞的摩擦面，形成随机分布的凹坑，直径约200微米，深数微米，呈现出明显的减摩效果，降低发动机整体机械损失达2.2%。由于减小摩擦、降低磨损从而延长运动部件的工作寿命并提高其运行可靠性的关键在感动作用于摩擦副表面的润滑材料，因此，在摩擦副表面设置润滑薄膜对于改善性能具有重要意义。

现有技术中，材料表面结构通常采用传统光刻和激光加工的方法得到。例如，瑞典研究人员U. Pettersson and S. Jacobson采用标准光刻技术在硅基底上做出微米结构图案，然后沉积类金刚石薄膜（DLC薄膜），以提高薄膜的韧性、摩擦性能以及润滑性。法国研究人员C. Chouquet等人采用激光光刻技术直接在DLC薄膜上制备微结构，以提高摩擦性能。

采用现有技术在薄膜上制备微纳结构，需要昂贵的光学系统设备，其制作成本高；由于光刻曝光中的衍射现象，分辨率不能得到良好的解决。因此如何能够保证薄膜韧性、摩擦性能以及润滑性，同时又能低成本、高分辨率并且简单有效地制作薄膜表面的结构，是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种润滑薄膜的制备方法，以实现低成本、高分辨率的润滑薄膜制作，并且可在曲面与不规则的非平面上制备高分辨率的纳米结构，从而提高薄膜的韧性、摩擦性能以及润滑性能。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种润滑薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)对基底表面上的薄膜层进行预处理，以去除表面灰尘；

(2)在薄膜层上旋涂SU-8光刻胶，加热后紫外固化，形成中间层；

(3)在中间层上旋涂紫外光固化纳米压印胶，形成紫外光固化纳米压印胶层；

(4) 将软质压印模板压入紫外光固化纳米压印胶层，在紫外灯下曝光，曝光结束后移去软质压印模板，所述软质压印模板的下表面上设微纳结构图案；

(5)刻蚀去除压印时残留的紫外光固化纳米压印胶，露出中间层；

(6)以紫外光固化纳米压印胶层作为掩膜层，刻蚀中间层的SU-8光刻胶，露出薄膜层；

(7)以紫外光固化纳米压印胶层和中间层作为掩膜，刻蚀薄膜层，在薄膜层上形成微纳结构；

(8)去除紫外光固化纳米压印胶层和中间层，获得所需润滑薄膜。

上文中，所述基底的表面可以是平面或者曲面。SU-8光刻胶是一种环氧型的、近紫外光负光刻胶，它基于环氧SU-8树脂（来源于橡胶工业）。由于平均一个分子中含有8个环氧基而得名。SU-8光刻胶在近紫外光范围内光吸收率低，这使得它在整个光刻胶厚度上都有较好的曝光均匀性，因而特别适合于在厚的底层上需要高深宽比的应用。

上述技术方案中，步骤(1)中，所述预处理为氮气吹扫，吹扫时间为30～120秒。氮气采用99.999%的高纯氮气。

优选的技术方案，中间层的厚度为300～1000纳米，紫外光固化纳米压印胶层的厚度为100～300纳米。

上述技术方案中，采用气体刻蚀法，所述紫外光固化纳米压印胶层的刻蚀气体为氧气与三氟甲烷的混合气体，氧气与三氟甲烷的体积比为4∶1；所述中间层的刻蚀气体为氧气。

优选的技术方案，所述薄膜为类金钢石薄膜，步骤(7)中，薄膜的刻蚀采用气体刻蚀法，刻蚀气体为氧气与三氟甲烷的混合气体，氧气与三氟甲烷的体积比为1∶1。

基于相同的构思，实现本发明的目的也可以采用先在基底上制备微纳结构，再沉积薄膜的方法。具体方案是：

一种润滑薄膜的制备方法，包括如下步骤：

(1)对基底表面进行预处理，以去除表面灰尘；

(2)在基底上旋涂SU-8光刻胶，加热后紫外固化，形成中间层；

(3)在中间层上旋涂紫外光固化纳米压印胶，形成紫外光固化纳米压印胶层；