[发明专利]一种提高类金刚石薄膜sp3碳原子杂化键含量的方法

说明书

技术领域

本发明属于功能光学薄膜设计与研制领域，涉及红外硬质保护薄膜改性技术研究，进一步涉及一种提高类金刚石薄膜sp3碳原子杂化键含量的方法。

背景技术

红外窗口/整流罩材料存在机械强度低，抗化学侵蚀性能差等缺陷，难以满足高速飞行的要求。在红外窗口/整流罩表面沉积保护膜是提高光学窗口热力学防护性能的主要手段。

类金刚石(DLC)薄膜是一种由碳原子构成的非晶薄膜，它的化学键主要是sp²和sp³碳原子杂化键。由于DLC薄膜的性能与金刚石薄膜比较相似，因而称其为类金刚石薄膜。

DLC薄膜是一种红外波段折射率较低、硬度大、抗高速粒子冲击及盐雾化学侵蚀能力强的红外硬质保护膜。使用其作为红外窗口/整流罩的最外层保护膜，可以极大提高红外窗口/整流罩超声速飞行条件下的适应能力。一般认为，薄膜中sp³碳原子杂化键含量越高,电阻率越高,红外光吸收越小，硬度越高，其也就越适合作为红外硬质保护薄膜。

离子束溅射法是一种制备DLC薄膜的重要方法。但是采用离子束溅射法制备的DLC薄膜存在着薄膜sp³碳原子杂化键含量较少，薄膜红外吸收大，硬度低的缺点。现有文献资料中还没有关于提高离子束溅射法制备的DLC薄膜sp³碳原子杂化键含量的方法的报道。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种有效提高离子束溅射法制备DLC薄膜sp³碳原子杂化键含量的方法，通过调整离子源束压，可以明显提高薄膜中sp³碳原子杂化键含量。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种提高类金刚石薄膜sp³碳原子杂化键含量的方法，其包括以下步骤：

步骤一：镀膜之前先对镀膜基片进行清洗；

步骤二：镀制DLC薄膜；在镀膜过程中，预溅射时的离子源束压控制在500V-1000V，预溅射后的离子源束压控制在600-1200V。

其中，步骤一中，清洗步骤具体包括：

首先使用蘸有体积比为1：1的无水乙醇和乙醚的混合液的脱脂纱布擦拭基片；

随后，使用蘸有钻石粉的脱脂纱布对基片进行抛光；

最后，依次使用蘸有体积比为1：1的无水乙醇和乙醚的混合液的脱脂纱布和脱脂棉布擦拭基片，至基片擦拭干净为止。

其中，步骤二中，镀膜过程在真空室内完成，以纯度为99.95％的石墨作为溅射靶材，以纯度为99.999％的Ar作为离子源工作气体，以纯度为99.999％的CH₄气体作为反应气体。

其中，步骤一中，镀膜的过程包括：将清洗后的基片放入真空室内，依次打开低真空泵和高真空泵抽真空，当真空室内压强降至2×10^-3Pa以下时，向离子源和中和器内充入Ar，流量分别控制在20-45sccm之间以及5-10sccm之间，启动中和器和离子源，对石墨靶进行预溅射，离子源束压控制在500V-1000V，束流控制在300mA以内，时间为2-10min。

其中，步骤二中，镀膜的过程进一步还包括：预溅射后调节离子源束压为600-1200V，束流为300-400mA，向真空室通入反应气体CH₄，流量在0-64sccm之间，真空室压强在8×10^-2Pa以下；当离子源工作状态稳定后，将基片转动至镀膜区，启动自转系统，淀积DLC薄膜，镀膜时间为2-6小时。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的提高离子束溅射法制备DLC薄膜sp³碳原子杂化键含量的方法，可以直接通过改变离子源束压这一工艺条件大幅度提高薄膜中sp³碳原子杂化键的含量；整个工艺过程简单，可控，重复性好。

附图说明

图1是本发明中离子束溅射淀积DLC薄膜的装置示意图；

图2是实施例1中样品在波数为875cm^-1至2000cm^-1范围内的拉曼光谱测试分析曲线；

图3是实施例2中样品在波数为875cm^-1至2000cm^-1范围内的拉曼光谱测试分析曲线；