[发明专利]以类金刚石膜保护精密刀口的方法及包括刀口的器具

说明书

                       发明领域

本发明涉及耐侵蚀涂层，特别涉及由类金刚石材料制成的用以保持基片刀口精密和锋利的精密刀口保护性涂层。

发明背景

对许多产品和工业而言，保护锋利的刀口是重要的。许多装有刀片的工业器具和医疗器具只有在具有能保持相当长时间的锋利刀口时才是有用的。刀口具有的锋利性是由于基片和其上的所有涂层所形成的刀口精密性导致的结果。例如，剃须刀片具有通过将刀片的最尖端处制成曲率半径约75至约1000埃而形成的刀口。为了对比，人们的头发具有的细度约为100微米。为了长时间保持刀口的精密性，通常试图对这样纤细而精密的基片刀口加以涂覆，以防止刀口损坏。

腐蚀和/或侵蚀力会使精密刀口损坏。例如剃须刀片非常容易变钝；第一次使用后就有一定程度的钝化。因此，通常首先将用来作刀片的钢涂以溅镀金属涂层，接着涂覆聚四氟乙烯(PTFE)。虽然PTFE涂层的厚度通常为几十至几千埃，可是在第一次使用后它似乎已大量从刀片上脱落。残存足够的PTFE似乎可提供一定的连续润滑作用。然而，PTFE涂层似乎不能防止精密刀口的损坏。

精密刀口的钝化可能是由于刀片最尖端处的曲率半径增大、在刀口处造成锯齿状刀口的裂缝、缺口或破裂、刀口材料的侵蚀或这些因素综合在一起造成的。对剃须刀片而言，精密刀口的损坏引起摩擦力增加，从而使用户感到不适。最终只能更换刀片，或如果是一次性用具的一部分，则将整个剃须刀完全废弃。对工业或医疗等领域的较昂贵的切割器具而言，精密刀口的用具钝化导致需要花费时间来磨刃或重新开刀刃、需要购买替换设备且增加费用。

在为了保护刀口完整性的尝试中，曾试验过淀积较硬材料的涂层。对许多应用而言，这种涂层还应具有极好的热稳定性；即能经受由于使用时本身(锯条)产生的或由于灭菌过程(高压消毒外科用具)产生的极高的热度。

金属基涂层例如钢、锌、铝、铬、镍、合金、镉、钽、钯、硼、硅、铜、镓、铼、及其合金等已表明对精密刀口有保护作用且已在许多工业中供作锋利刀口的保护性涂层。然而，由这些材料制成的涂层通常仅适用于金属基片。

已知基于硅酸盐的涂层在高温下是耐空气、酸、碱和气体的。然而，由硅酸盐制成的涂层不是特别坚固的材料，因而不能对精密刀口提供适当的保护。

某些用作涂层的陶瓷材料已显示出良好的耐腐蚀性且可想像能用作刀口的保护性涂层。然而，陶瓷是脆性的且受到热冲击易于破裂。它们通常是粗糙而多孔的，因而不能提供所希望的低摩擦力。

已试验过某些硬质类金刚石的涂层(DLC)。然而，涂层不仅必须是坚硬的，而且还必须具有极好的与待涂覆基片粘附的性能。已知的DLC通常需要有一层中间层以使其充分地粘附到基片上。通常，这种中间层的存在并不会形成问题。然而，为了保护精密刀口，所有淀积后的涂层总厚度必须不显著地增加很薄的刀口最尖端处的曲率半径。此外，在DLC和基片之间淀积中间层的附加过程会增加生产成本。对低价位的物品例如一次性剃须刀和一次性刀片而言，这是值得注意的，而且在经济上是不切实际的。

因此，非常需要有一种不涂覆中间层而能涂覆在金属和非金属表面上的牢固、坚硬、粘附性高、对温度、pH和化学品不敏感的涂层以保护精密刀口。

                      发明概述

本发明涉及由一类类金刚石材料制成的保护精密刀口的耐腐蚀和耐侵蚀的涂层和以此涂覆的基片。该类类金刚石毫微复合材料可以通过控制其化学组成加以“调整”或可预测地和合乎要求地改变，以产生最佳性能的组合，从而对所涂覆的基片提供最好的刀口保护。

在一个实施方案中，本发明涉及保护具有精密刀口的基片特别是有锋利刀口的基片的精密刀口的方法，该方法通过提供待涂覆的基片并在该基片上涂覆由一类类金刚石材料制成的涂层。该涂层由互穿网络构成，该互穿网络包括被氢稳定的类金刚石的碳网络中的碳的第一网络、被氧稳定的硅网络以及还可以有至少一种含有周期表第IIIb-VIIb、VIII和Ib-IIb族掺杂元素或掺杂化合物的网络。

本发明的另一个实施方案涉及一种具有精密刀口的器具，该器具包括涂覆了保护精密刀口涂层的具有精密刀口的基片。涂覆在该基片上的涂层是由一类类金刚石的材料制成的，该材料具有被氢稳定的类金刚石的碳网络中的碳、被氧稳定的玻璃状硅网络以及还可以有至少一种另外的含有选自周期表第IIIb-VIIb、VIII和Ib-IIb族掺杂元素或化合物的网络的原子标度的互穿网络。

                     附图简述

图1是表示双网络(A)、中间网络(B)和三网络(C)的毫微复合膜的原理性显微结构示意图。