CN100397953C - 一种类金刚石复合扬声器振膜的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种类金刚石复合扬声器振膜的制备方法。本发明采用真空阴极电弧源，使用石墨作阴极靶，运用真空阴极石墨电弧产生的碳等离子体，在被镀振膜上沉积类金刚石膜层。可以批量生产性能优异的各种形状规格的类金刚石复合扬声器振膜。它提高了扬声器的频响特性，改善了音质。

Description

一种类金刚石复合扬声器振膜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种沉积类金刚石膜层的方法。特别涉及一种在扬声器振膜上沉积类金刚石膜层的方法。
背景技术
现代音响设备放音系统由于受到高频振膜材料的限制，其高频扬声器未能令人满意，这已成为提高高保真音响设备整机性能的重要障碍。因此，开发新型高音扬声器振膜材料，研制高品质高频扬声器成为国内外材料界和电声界的研究方向之一。
类金刚石膜层(Diamond-Like Carbon films，DLC)是含有金刚石结构的非晶碳膜，具有与金刚石相类似的性能：比重低(1.8g/cm3)、弹性模量大(杨氏模量E为3.1～6.0×1011Pa)、声速高(18.3km/s)、导热性好(热传导率为1100W/mk)，这些都是扬声器振膜材料追求的几个重要指标。因此，类金刚石膜层是理想的高频振膜材料。镀类金刚石膜层的扬声器振膜赋予扬声器高保真性能：如提升了频响上限，改善了瞬态响应和谐波失真特性，使音域宽广，音质圆润，高音清脆亮丽等等。
目前，人们可以用多种方法制备出类金刚石膜层，如等离子体增强化学气相沉积、激光等离子体沉积、热丝化学气相沉积、微波等离子体化学气相沉积、磁控溅射、电子束蒸发等等。
以上的沉积技术有的沉积速率低，有的沉积温度高，有的沉积面积小，有的设备或工艺成本高，不都适用于在振膜材料上沉积类金刚石膜层。中国专利93103925.8公开了一种直流辉光放电法制备类金刚石复合振膜的方法。一般而言，该法制备的类金刚石膜层的质量和性能不是特别好，如所含的类金刚石结构较少，表现在膜层硬度上较低，约Hv1000～2500；该法没有也难以制备提高膜/基结合力的过渡层；而且每炉沉积振膜片数较少，沉积时间较长(每炉约3小时)，因此振膜音质的改善和规模生产上都存在一定局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于在各种规格的扬声器金属振膜上沉积类金刚石膜层的方法，其类金刚石膜层硬度达Hv3000～5000，膜基结合力达6～8kg，沉积速度快，改善音质并可工业化规模生产。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
①将被沉积的振膜经超声清洗后安装在辅助工夹具内固定，悬挂于公-自转工件架上；
②抽真空至1×10-3Pa后，设定预加热温度为50～300℃，通氩气，起动钛靶电弧，在偏压0～1000V，工作气体压力为1×100～1×10-2Pa下，进行离子轰击清洗1～10分钟；
③随后通入氩气、氢气或二者的混合气体，在偏压50～300V，气压1×100～1×10-2Pa下，起动钛和石墨阴极电弧，沉积钛、碳化钛过渡层5～15分钟；
④再在弧流30～100A，弧压20～40V，偏压50～300V，在上述气体和气压条件下，只引燃石墨电弧，产生碳等离子体，沉积含sp3金刚石结构的类金刚石膜层30～60分钟。
上述振膜基材可以是铝、铝合金、钛、钛合金或铍的金属材料或表面镀有导电层的非金属材料。
上述振膜形状可以为球冠形、圆环形或平面形状。
类金刚石薄膜膜层厚度为0.5～1.5μm。膜层颜色为蓝色、黑色或干涉彩色。
本发明制备方法的优点：①在于采用真空石墨阴极电弧蒸发源，以石墨为碳源，经电弧产生高密度高能量的碳等离子体，合成类金刚石膜质量好；②固态石墨电弧蒸发源数目和摆放位置不受限制，镀膜区间可随意扩大；③选用合适的过渡层(Ti/TiC/DLC)和梯度过渡方法，提高了类金刚石膜层和扬声器振膜基体的结合力；④通过调控镀膜工艺参数来限制温升，防止沉积过程中振膜过热退火；⑤通过采用辅助工夹具固定振膜以减少振膜变形；⑥被镀振膜悬挂在工件架上，以公-自转方式可实现Φ600mm×650mm(高)以上空间内数百片振膜的均匀镀膜。
本发明沉积速率高，类金刚石薄膜性能优异，沉积面积大而均匀，装炉量大，成本低，易于工业化规模生产，适用于在铝、铝合金、钛、钛合金、铍等金属材料或表面镀有导电层的非金属材料上沉积类金刚石膜层，可制备出性能优量的各种形状、规格的类金刚石复合扬声器振膜。
图1为音圈直径为44.5mm的类金刚石/钛复合专业扬声器振膜(A)与纯钛振膜(B)专业扬声器的频响特性曲线对比。
具体实施方式
实施例
类金刚石膜层的制备是在八弧源真空阴极电弧沉积设备上进行。被沉积的钛振膜外径Φ62mm、音圈直径Φ44.5mm，在装炉前进行严格的清洗以除去表面的油脂、灰尘等污染物，在酒精中脱水后干燥，用夹具固定振膜，悬挂在镀膜机的工件架上，装炉量约为150片左右。
抽真空至4×10-3Pa后，通氩气，起动钛电弧源，在偏压800V，气压1×10-2Pa下，进行离子轰击清洗10分钟。
在偏压200V，氢气压1×10-2Pa下，起动钛和石墨阴极电弧，沉积钛、碳化钛过渡层10分钟。
在氢气压1×10-2Pa下，引燃石墨电弧，沉积类金刚石膜层。弧流60A，弧压20V，偏压200V，镀膜时间为50分钟，膜层厚度约0.8μm，呈黑色。经测定类金刚石膜层硬度达Hv3500。膜基结合力达7.2。
在上述条件下制备的音圈直径Φ44.5mm的专业扬声器类金刚石-钛振膜，频率响应达18KHz以上，高频区声压比纯钛振膜提升3分贝，音质甜美圆润，音域宽广，尤其高音清脆亮丽。

Claims (5)

1.一种类金刚石复合扬声器振膜的制备方法，其特征在于：
①将被沉积的振膜经超声清洗后安装在辅助工夹具内固定，悬挂于公-自转工件架上；
②抽真空至1×10-3Pa后，设定预加热温度为50～300℃，通氩气，起动钛靶电弧，在偏压0～1000V，工作气体压力为1×100～1×10-2Pa下，进行离子轰击清洗1～10分钟；
③随后通入氩气、氢气或二者的混合气体，在偏压50～300V，气压1×100～1×10-2Pa下，起动钛和石墨阴极电弧，沉积钛、碳化钛过渡层5～15分钟；
④再在弧流30～100A，弧压20～40V，偏压50～300V，在上述气体和气压条件下，只引燃石墨电弧，产生碳等离子体，沉积含sp3金刚石结构的类金刚石膜层30～60分钟。
2.根据权利要求1所述的类金刚石复合扬声器振膜的制备方法，其特征在于上述振膜基材可以是铝、铝合金、钛、钛合金或铍的金属材料或表面镀有导电层的非金属材料。
3.根据权利要求1所述的类金刚石复合扬声器振膜的制备方法，其特征在于上述振膜形状可以为球冠形、圆环形或平面形状。
4.根据权利要求1所述的类金刚石复合扬声器振膜的制备方法，其特征在于类金刚石膜层厚度为0.5～1.5μm。
5.根据权利要求1所述的类金刚石复合扬声器振膜的制备方法，其特征在于膜层颜色为蓝色、黑色或干涉彩色。
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