[发明专利]一种制备多晶氧化铝硬质涂层的方法

摘要

本发明公开了一种制备多晶氧化铝硬质涂层的方法。本发明是利用气体反应闭环控制和阳极层离子源辅助磁控溅射沉积制备多晶氧化铝硬质涂层，该方法可以在200-300℃的较低温度下以20-30nm/min的速度沉积出结晶状态良好的γ相Al₂O₃，所获得的氧化铝涂层具有较高的硬度、理想的化学计量配比，并且可通过调控阳极层离子源能量实现涂层应力及显微结构的调控。本发明方法简单，工艺重复性强，在机械，电子和光学等工业生产领域具有重要的应用价值。

主权项

一种制备多晶氧化铝硬质涂层的方法，其特征在于：是采用气体反应闭环控制和阳极层离子源辅助磁控溅射沉积制备系统制备，该制备系统是由一个沉积室、一个转架系统、一对单极脉冲磁控溅射靶、一个阳极层离子源、一个真空系统、一个气体反应闭环控制器组成，所述沉积室为圆柱状腔体，腔体上开设炉门，一对单极脉冲磁控溅射靶及阳极层离子源分别位于腔体炉门两边相对的内侧侧壁上，每个溅射靶均采用非平衡磁场布置；所述转架系统由工件架、转速调节装置和支架组成，转架系统由支架固定放置在沉积室正中央；所述真空系统由两极旋片式机械真空泵和涡轮分子泵组成，真空抽气口正对于炉门位于腔体侧壁上，偏压电源装置连接于工件架上；所述方法由如下步骤组成：（1）辉光清洗：将清洗后的被镀的工件，装夹在工件架上，开始抽真空，当真空度高于1×10^‑3~5×10^‑3 Pa时，开始加热除气，温度控制在200~300℃；工件架保持2~5rpm转速转动，当真空度达到1.2×10^‑3~5.5×10^‑3Pa时，通入氩气，开偏压电源，对工件进行辉光清洗，真空保持在0.3~0.9 Pa，偏压为800~1500V，辉光时间10‑30分钟；（2）辉光清洗结束后，真空调节为1×10^‑1~9×10^‑1Pa，打开单极脉冲电源溅射铝靶，对工件轰击5~20分钟，形成10~30纳米厚的铝金属层，偏压保持在600~1000 V，占空比40~80%；（3）在轰击完毕后，偏压降到50~200V，脉冲电源占空比30~80%，打开阳极层离子源，控制功率在1~10 kW，电压在100~1000V，打开闭环控制器，将工作点设定在8‑30%，通过改变抽气阀阀门大小将真空室气压调节到0.3~1.2Pa，开始沉积Al₂O₃，沉积60~180分钟，自然冷却，当温度降到50℃以下时，取出工件，在工件表面获得涂层。