[发明专利]一种C/TiC/TiN/TiAlN复合涂层的制备装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种C/TiC/TiN/TiAlN复合涂层制备装置及其方法。本发明提出的装置主要包括弧光放电等离子体装置、射频等离子体装置和磁过滤筛选装置三部分，充分组合利用三部分的技术优势，从而达到制备优质涂层的目的。本发明提供的复合涂层的制备方法，包括以下步骤：将固态源进行弧光放电后得到弧光放电等离子体；将气态源进行射频处理后得到射频等离子体；将所述两种等离子体经过磁过滤去除较大颗粒后共沉积在基底表面，从而得到复合涂层。本发明提供的制备方法为制备不同成分的复合涂层提供了新的合成思路，且制备得到的复合涂层材料具有高均匀性，高致密性以及优异的机械性能。

技术领域

本发明属于等离子体沉积技术及复合涂层制备技术领域，具体涉及一种磁过滤弧光放电与射频等离子体共沉积装置以及C/TiC/TiN/TiAlN复合涂层制备方法。

背景技术

传统的弧光放电等离子体增强化学气相沉积（CVD）设备工作原理为，在真空压力下，加在电弧上的强电流，使反应室气体发生弧光放电，在弧光发电区域产生大量的电子，这些电子在电场的作用下获得充足的能量，其本身温度很高，它与气体分子相碰撞，使气体分子活化。它们吸附在衬底上，并发生化学反应生成介质膜。这种方法能够显著降低CVD薄膜沉积的温度，使成膜过程易于实现。

而传统的弧光放电等离子体增强化学气相沉积同时具有一些缺点，即形成的膜不够均匀致密，力学性能差，已经难以满足如今不断提高的需求。因此，亟需开发一种沉积温度低、成膜致密、力学性能优异的新型膜层沉积装置。

磁过滤技术是通过弯曲弧磁过滤器将等离子体中的大颗粒以及中性粒子滤除，从磁过滤器中引出的纯浄等离子体受所加负偏压的作用在电势差的作用下加速轰击基体，使得膜层组分离子沉积到基底上。该方法可以获得膜层致密，性能优异的薄膜。

因此，本发明设计了一种磁过滤弧光放电与射频等离子体共沉积装置，并通过该装置在铝箔表面制备C/TiC/TiN/TiAlN复合涂层。

发明内容

本发明的目的在于设计一种磁过滤弧光放电与射频等离子体共沉积装置，采用固体弧光放电产生的等离子体和气体通过射频产生的等离子体经过磁过滤，在基底表面沉积。本发明中所设计的装置包括弧光放电等离子体装置、射频等离子体装置和磁过滤筛选装置。

本发明提出的一种C/TiC/TiN/TiAlN复合涂层的制备装置，包括磁过滤弧光放电与射频等离子体共沉积装置，由弧光放电等离子体装置、射频等离子体装置、磁过滤筛选装置和反应腔室四部分组成；其中反应腔室作为反应发生的容器，位于设备的中心位置，其两侧通过两个磁过滤筛选装置分别连接弧光放电等离子体装置和射频等离子体装置，磁过滤筛选装置将两侧装置产生的等离子体引入到反应腔室内部的反应基底上方进行沉积。

进一步的，所述射频等离子体装置为常规设备，由射频电源和靶材组成，射频电源位于靶材正上方，靶材为含碳/含氮气体。

进一步的，所述弧光放电等离子体装置为常规设备，由弧光放电电源和靶材组成，弧光放电电源位于靶材上方，靶材为C/Ti/Al材料。

进一步的，所述磁过滤筛选装置，固态和气态靶材经过上述两种等离子体装置后，再通过磁过滤筛选装置去除直径超过1μm的大颗粒。

进一步的，所述弧光放电等离子体装置、射频等离子体装置和磁过滤筛选装置之间通过管道连接，各管道之间的连接通过焊接密封。

一种C/TiC/TiN/TiAlN复合涂层制备设备的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、制备C涂层：在弧光放电等离子体装置装置中引入固体碳源，在弧光放电作用下产生碳等离子体，同时在射频装置中引入含碳气体，在射频作用下产生碳等离子体；分别通过磁过滤筛选两种碳等离子体，去除其中直径超过1μm大颗粒，两种等离子体混合后形成结构为sp2杂化的C等离子体，继而沉积在反应基底上形成C涂层；