[发明专利]一种超厚含氢类金刚石涂层的制备方法

说明书

本发明属于低温等离子体材料表面处理技术，具体为一种超厚含氢类金刚石涂层的制备方法，工件表面清洗除气之后，再进行等离子体清洗，依次沉积金属中间层、金属碳化物中间层和类金刚石涂层，类金刚石涂层分18层依次沉积，沉积方式为磁控溅射，金属磁控靶材为钛、铬、钨和钼金属靶材，通过本方法制备的类金刚石涂层致密、摩擦系数低、耐腐蚀性能优异、膜基结合强度高，厚度大于100μm，适合高精度抛光等光学元件部件。

技术领域

本发明属于低温等离子体材料表面处理技术领域，具体涉及一种含氢类金刚石涂层的制备方法。

背景技术

随着空间观测和遥感技术的飞速发展,高质量空间光学系统在侦察、遥感、探灾、气象、天文观测等军事应用和民用领域中得到了广泛应用,同时人们对空间光学系统的性能要求也越来越高。反射镜作为空间光学系统的关键部件，必须满足质轻、高比刚度和热稳定性能，特别是要具有良好的光学质量，其品质对其系统性能起着举足轻重的作用。反射镜材料的发展随着要求的不断更新，目前国内外多集中于反射镜用碳纤维复合材料的研究。但国内起步较晚，与国外发达国家相比，研究以及生产方面都还处于相对落后的局面。特别是针对碳纤维复合材料在高光度、高平整度上，针对材料本身，还不能达到更高光学的要求。因此通过改变碳纤维材料表面的致密性和平整度来提高光学性能成为了一条科学、经济且可行的重要途径。

根据反射镜材料在军民两用领域的需求和特点，通过科学筛选后得到，如果能够在碳纤维复合材料反射镜表面沉积足够厚的类金刚石涂层，然后再进行精密的光学抛光，可以有效改善反射镜的光学性能。因为类金刚石涂层具有高硬度、耐磨损、低摩擦系数、化学惰性、高弹性模量、电绝缘性、导热性、生物相容性和光学特性等特性，可被广泛的应用于机械、化工、声学、电子、光学和生物医学等领域。但类金刚石涂层由于高应力的作用，很难沉积特别厚的涂层，这往往限制了其进一步的广泛应用。因此，如何降低和消除应力，成为了类金刚石涂层制备的研究热点和难点问题之一。

目前，沉积类金刚石涂层的工艺多集中于物理气相沉积方式，主要包括磁控溅射、磁过滤弧沉积等方式，但这些方式很难沉积厚的类金刚石涂层(大于10μm)，且沉积速率较低，难以满足特殊工况下的工件表面的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种超厚含氢类金刚石涂层的制备方法，能够降低沉积过程中的应力，满足特殊工况下的工件表面的要求。

本发明的技术方案如下：

一种超厚含氢类金刚石涂层的制备方法，该方法包括如下步骤：

1)工件表面清洗；

2)真空烘烤除气；

工件放置在真空室中，在真空度达到1.0×10^-2Pa的环境下，对工件烘烤除气；

3)等离子体清洗；

4)沉积金属中间层；

5)沉积金属碳化物中间层；

6)沉积类金刚石涂层；

分18层依次沉积，真空室内通入氢气、乙炔、氩气混合气体作为工作气体；

7)工件冷却后取出工件。

所述的步骤4)具体为：真空室通入氩气，维持工作真空度为5.0×10^-1～6.0×10^-1Pa，金属磁控溅射靶功率为8.0～9.6KW，脉冲偏压为700～800V，占空比为70％～80％，直流电压100～120V，沉积时间8-12分钟。