[发明专利]利用离子束加厚非晶四面体碳涂层的方法及装置及涂层

说明书

本发明公开了一种利用离子束加厚非晶四面体碳涂层的方法及装置及涂层，包括以下步骤：1、在基体表面制备非晶四面体碳涂层，当制备的非晶四面体碳涂层达到设定单次沉积厚度时，开启冷阴极潘宁离子源，用氩离子轰击基体表面。2、轰击2min‑12min后，关断冷阴极潘宁离子源，继续在基体表面制备非晶四面体碳涂层。3、重复上述步骤N次，直至制备的非晶四面体碳涂层达到设定总厚度。解决了现有技术中非晶四面体碳薄膜难以加厚的问题，本发明可以减小薄膜应力，加厚非晶四面体碳薄膜，延长涂层的使用寿命，实现工业化生产。

技术领域

本发明属于带电粒子束材料表面改性技术领域，尤其涉及利用离子束加厚非晶四面体碳涂层的方法及装置及涂层。

背景技术

非晶四面体碳是一种非常接近天然金刚石性能的超硬薄膜，具有硬度高，摩擦系数小，耐腐蚀，抗辐照损伤，透明，吸收紫外和蓝光，生物相容性好等诸多优异特性，非常适合推广到工业生产和医疗器械中的刀具、模具和各种耐磨损部件、光学镜片的表面超硬涂层，以提高其使用寿命，减小摩擦，适用范围非常广泛。

例如，目前市场常见的涂层TiN、CrN、TiAlN、CrAlN、TiAlN和CrAlN等摩擦系数一般在0.5-0.6之间，显微硬度在硬度在30GPa-40GPa之间，而非晶四面体碳的摩擦系数在0.08，显微硬度在80GPa，显然具有很大优势。

但是，由于非晶四面体碳薄膜采用离子镀技术，薄膜结构是一种非晶结构，虽然硬度高，但应力大，镀厚以后，附着力差，薄膜容易损坏，因此解决加厚问题一直是困扰生产厂家的重大课题，也是目前该技术推广应用的瓶颈。

目前，国内外提出许多方法解决上述问题，几种方法如下：

一是利用退火工艺减小应力，使薄膜厚度增加，但缺点是硬度下降，退火工艺不能在镀膜时同时完成；

二是掺杂不同材料，如铝、钛等金属，同样可以减小薄膜应力增加厚度，缺点是摩擦系数增大，硬度下降，而且结构和工艺复杂；

三是沉积薄膜时，通过变化离子的不同能量，形成软硬涂层交错进行增加薄膜厚度，缺点是操作工艺复，工业化生产不好控制。

因此，寻找一个合适的工艺条件实现非晶四面体碳薄膜加厚，是关系到非晶四面体碳薄膜成功推广应用的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用离子束加厚非晶四面体碳涂层的方法及装置及涂层，解决了现有技术中非晶四面体碳薄膜难以加厚的问题，本发明可以减小薄膜应力，加厚非晶四面体碳薄膜，延长涂层的使用寿命，实现工业化生产。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种利用离子束加厚非晶四面体碳涂层的方法，包括以下步骤：

步骤(a)：在基体表面制备非晶四面体碳涂层，当制备的非晶四面体碳涂层达到设定单次沉积厚度时，开启冷阴极潘宁离子源，用氩离子轰击基体表面；

步骤(b)：轰击2min-12min后，关断冷阴极潘宁离子源，继续在基体表面制备非晶四面体碳涂层；

步骤(c)：重复N次步骤(a)～(b)，直至制备的非晶四面体碳涂层达到设定总厚度。

更进一步地，本发明的特点还在于：

在步骤(a)之前还包括：对基体进行清洗并烘干，然后用冷阴极潘宁离子源轰击基体表面，轰击5min-15min，对基体表面起到溅射作用后，关断冷阴极潘宁离子源。

冷阴极潘宁离子源的引出电压为600V-1500V，引出电流为100mA-200mA。

在步骤(a)中，设定单次沉积厚度为150nm～250nm；

在步骤(c)中，设定总厚度在600nm以上。