[发明专利]一种双气氛自适应反应溅射制备成分渐变复合涂层的方法

说明书

本发明提出一种双气氛自适应反应溅射制备成分渐变复合涂层的方法，在与目标靶材端部相邻的溅射室腔体部位设置有与单色仪相连的光导管；所述单色仪经光导管导入靶面等离子体区发射光谱，并在分辨其强度后把光谱强度信号发送至反应气氛控制器，所述反应气氛控制器根据靶面等离子体区光谱强度控制自适应反应的N₂供给量；所述溅射室还与由质量流量计控制的O₂气路相连；所述质量流量计通过控制O₂气体输入量来干扰目标靶材处的靶面等离子体区发射光谱强度，使反应气氛控制器按相同特征光谱谱线强度的标准对自适应反应的N₂供给量进行调整，从而自适应地匹配靶面等离子体区N₂与O₂的比例；本发明使反应气体可按既定的反应程度连续自适应匹配气体比例。

技术领域

本发明涉及先进功能涂层制备技术领域，具体为一种双气氛自适应反应溅射制备成分渐变复合涂层的方法。

背景技术

成分渐变复合涂层是解决功能涂层高温稳定性实现热应力匹配的有效手段。磁控溅射制备成分渐变涂层依赖靶材原子溅射产额及反应气体流量的精确控制与匹配，及反应进行程度的精确辨识。实际沉积过程中，溅射产额一般由靶电流控制，溅射产额与电流值存在非线性复杂关系，工程实践中靶材原子溅射产额难以精确定量，且气体流量由质量流量计单向控制，反应溅射过程不稳定，金属化合物涂层中常常夹杂金属单质，功能涂层的高温性能不稳定，长期服役过程中往往伴随着缓慢的金属原子氧化、氮化过程，导致性能恶化。

实际工程中既要获得最大反应程度又要避免“靶中毒”，气体供给量难以由质量流量计MFC精确控制，需要解决。

发明内容

本发明提出一种双气氛自适应反应溅射制备成分渐变复合涂层的方法，用于反应溅射氮化物、氧化物过程中，使反应气体可按既定的反应程度连续自适应匹配气体比例，实现氮氧化合物成分连续改变，制备成分梯度薄膜。

本发明采用以下技术方案。

一种双气氛自适应反应溅射制备成分渐变复合涂层的方法，用于N₂-O₂双气氛自适应反应溅射工艺，所述方法在与目标靶材端部相邻的溅射室腔体部位设置有与单色仪相连的光导管；所述单色仪经光导管导入靶面等离子体区发射光谱，并在分辨其强度后把光谱强度信号发送至反应气氛控制器，所述反应气氛控制器根据靶面等离子体区光谱强度控制自适应反应的N₂供给量；所述溅射室还与由质量流量计控制的O₂气路相连；所述质量流量计通过控制O₂气体输入量来干扰目标靶材处的靶面等离子体区发射光谱强度，使反应气氛控制器按相同特征光谱谱线强度的标准对自适应反应的N₂供给量进行调整，从而自适应地匹配靶面等离子体区N₂与O₂的比例。

所述光导管固定于与目标靶材顶部相邻的溅射室腔体部位的安装孔处；所述单色仪经光纤与光导管相连；所述单色仪把光谱强度转化为电信号发送至反应气氛控制器；所述反应气氛控制器PEM经压电阀控制N₂管道向溅射室输入的N₂量；所述由质量流量计MFC控制的O₂气路与压电阀后方的N₂管道相通；

所述方法以基于N、O原子化学亲和势差异机制的欺骗调控原理来控制N₂管道对溅射室的气体输入。