[发明专利]一种制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的装置及方法

权利要求书

1.一种制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的方法，其特征在于：采用钛合金作为基体，通过离子源对基体表面进行溅射清洗；分别以高纯金属铝、钛和石墨片作为磁控溅射靶材、直流和脉冲阴极电弧的蒸发靶材，通入氮气，采用磁控溅射及阴极电弧多激发源等离子体技术，制备非晶碳基多相杂化薄膜；

所述的制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的方法，包括以下步骤：

(1) 基体表面处理：首先将研磨、抛光后的基体用肥皂水清洗并用去离子水冲洗，然后依次放入丙酮溶液和无水乙醇溶液中分别进行超声清洗10 min，除去表面的油脂及其他污染物，然后将基体置于烘箱干燥待用；

(2) 将预处理过的基体固定在多激发源等离子体镀膜装置的真空室内的旋转样品台上，高纯铝靶安装在射频磁控溅射靶头上，高纯钛靶和石墨靶分别安装在直流阴极电弧和脉冲阴极电弧的蒸发器上；

(3) 用抽真空装置对真空室抽真空，使真空度达到2×10⁻⁴~5×10⁻⁴ Pa；通过氩气进气孔通入氩气到真空室内，氩气的流量由氩气流量计控制，使真空室气压稳定在3×10⁻²~6×10⁻² Pa；开启旋转样品台，采用离子源对硅基片进行溅射清洗，然后冷却至室温；

(4) 关闭离子源和氩气进气孔，使真空室气压稳定在2×10⁻⁴~5×10⁻⁴ Pa；对样品施加负偏压，开启直流阴极电弧蒸发电源，调节阴极电压到60~90 V，阴极电流为60~90 A，在旋转的基体表面沉积钛过渡层；

(5) 钛过渡层沉积完毕后，通过氩气进气孔通入氩气到真空室内，使真空室气压稳定在0.3~1 Pa；同时开启直流阴极电弧源和射频磁控溅射源，调节溅射功率制备钛铝复合中间层，沉积时间为1~3 min；

(6) 钛铝中间层沉积完毕后，保持直流阴极电弧源和射频磁控溅射源开启，通入氮气，调节氮气流量制备钛铝氮化物梯度层，沉积时间5~20min；

(7) 钛铝氮梯度层沉积完毕后，开启脉冲阴极电弧源，调节阴极电压在300~350 V，在预制的钛铝氮化物中间层上制备钛铝碳氮梯度层薄膜；

(8) 关闭直流阴极电弧源和射频磁控溅射源，将流量调零并关闭氩气和氮气流量计，调节阴极电压在300~350 V，在预制的钛铝碳氮梯度层薄膜上制备非晶碳膜，最终得到强韧化非晶碳基多相杂化薄膜。

2.根据权利要求1所述的制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的方法，其特征在于：所述步骤（3）中离子源溅射清洗时间为5~15 min，氩离子的能量为2~4 keV、束流密度为15~25A/m²。

3.根据权利要求1所述的制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，直流阴极电弧沉积钛过渡层的时间为1~5 min。

4.根据权利要求1所述的制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(5)中，直流阴极电弧源阴极电压为60~90 V，阴极电流为60~90 A，磁控溅射功率为100~200 W。

5.根据权利要求1所述的制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(6)中，氮气流量为20~60sccm，射频磁控溅射功率为150~300 W，真空室气压保持在0.5~1.2 Pa。

6.根据权利要求1所述的制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(7)中，脉冲阴极电弧源的脉冲频率为6~15 Hz，脉冲数为600~3000。

7.根据权利要求1所述的制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(8)中，脉冲阴极电弧源的脉冲频率为3~10 Hz，脉冲数为1500~5000。

8.根据权利要求1所述的制备强韧化非晶碳基多相杂化薄膜的方法，其特征在于：所述步骤(3)~(8)中溅射清洗和沉积薄膜时样品台的转速为2~8 r/min，施加负偏压为-600~-200 V。