CN100516286C - 类金刚石薄膜镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种类金刚石薄膜镀膜方法，其包括以下步骤：提供一底材；将该底材清洗后放入真空腔内；将真空腔抽真空，然后通入氩气，对底材进行等离子清洗；以钛为靶材，于底材表面镀一钛金属层；向真空腔内通入氩气与氮气，以钛为靶材，于钛金属层表面镀一氮化钛层；以石墨与钛为靶材，于氮化钛层镀一含钛的类金刚石薄膜，其中溅射开始时于靶材上施加一-20V的初始溅射偏压，然后溅射过程中逐渐提高溅射靶材的偏压。通过本发明制造的类金刚石薄膜具有高硬度及高附着性。
Description
【技术领域】
本发明是关于镀膜领域，尤其是关于一种具有高硬度及高附着性的类金刚石薄膜镀膜方法。
【背景技术】
类金刚石(diamond-like carbon)薄膜具有优异的性质，主要表现在：类金刚石薄膜具有良好的力学性质，硬度高，耐磨性好且摩擦系数低，良好的润湿性和较好的扩散阻挡层性质，耐腐蚀性好，导热性好及化学稳定性好等。因此类金刚石薄膜可应用于多种领域，如可于刀具表面镀类金刚石薄膜以提高刀具的硬度及润滑性，从而延长刀具的寿命，此外类金刚石薄膜还可应用于模具的模仁表面形成离型膜，可有效改善模仁的润滑性及附着性，大大提高模仁的脱模性能，并能延长模仁的使用寿命。
现有的类金刚石薄膜是通过溅射法镀于底材上，溅射源一般分为含碳气体及石墨两类。当采用含碳气体作为溅射源时，产生的类金刚石薄膜中含有大量的氢杂质成份，造成类金刚石膜中的SP3键结合的碳原子成份偏少，故通过此方法制得的类金刚石薄膜一般硬度较低，与钻石性质相差较远。当采用石墨为靶材进行溅射制得类金刚石薄膜时，由于石墨与钻石中碳原子的结合方式不同，石墨中碳原子以SP2键结合，所以采用石墨作靶材获得的类金刚石薄膜中含有较多以SP2键结合的碳原子，导致制得的类金刚石薄膜硬度较差，且与底材的附着度亦较差。
有鉴于此，提供一种具有高硬度、高附着性的类金刚石薄膜镀膜方法实为必要。
【发明内容】
本发明的目的在于提供具有高硬度、高附着性的类金刚石薄膜镀膜方法。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种类金刚石薄膜镀膜方法，包括以下步骤：
提供一底材；
将该底材清洗后放入真空腔内；
将真空腔抽真空，然后通入氩气，对底材进行等离子清洗；
以钛为靶材，于底材表面镀一钛金属层；
向真空腔内通入氩气与氮气，以钛为靶材，于钛金属层表面镀一氮化钛层；
以石墨与钛为靶材，于氮化钛层镀一含钛的类金刚石薄膜，其中溅射开始时于靶材上施加一-20V的初始溅射偏压，然后溅射过程中逐渐提高溅射靶材的偏压。
相较现有技术，本发明的类金刚石薄膜镀膜方法，在镀类金刚石薄膜前于底材表面镀钛金属层及氮化钛层，钛金属层增加了镀膜与底材间的附着性，氮化钛层可作为扩散阻碍层，用来防止活性原子与稍后溅射的类金刚石薄膜产生反应，溅射含钛的类金刚石薄膜可提高类金刚石薄膜与底材的附着性及抗磨耗性，溅射开始时于靶材上施加一初始溅射偏压可使膜层具有较佳的附着力，逐渐提高靶材偏压可使外层镀膜因为偏压较高而具有高硬度。
【附图说明】
图1是本发明类金刚石薄膜镀膜方法的溅镀步骤示意图。
【具体实施方式】
请参照图1所示，该方法可通过下面的步骤具体实施。
首先提供一待镀底材10，该底材10的材料可为不锈钢、碳化钨等，将该底材作基本清洗后，放入丙酮溶液中以超声波震荡清洗，持续时间约20分钟，然后将其放入乙醇溶液中以超声波震荡清洗，持续时间约为10分钟。
通过氮气枪将底材10喷干后，将其放入磁控溅射机的腔体内，然后抽真空至10-6托(torr)以下，向腔体内通入氩气(Ar)至压力达到2～7×10-3托，以300V的偏压利用等离子清洗底材表面，持续时间应为10分钟以上。
通入氩气使磁控溅射腔体内压力达到2～7×10-3托，然后以钛金属为靶材，于底材10表面溅射一层钛金属层12，溅射的偏压范围为-20V至-60V，该钛金属层12的厚度为0.05～0.1微米(μm)。
向磁控溅射腔体内通入氩气与氮气(N2)至压力为2～7×10-3托，然后以钛金属为靶材，于钛金属层12上溅射一层氮化钛(TiN)层13，溅射的偏压范围为-20V至-60V，该氮化钛层13的厚度为0.05～0.1微米。
向磁控溅射腔体内通入氩气至压力为2～7×10-3托，然后以石墨和钛金属为靶材，于氮化钛层13表面溅射一层含钛的类金刚石薄膜14，该类金刚石薄膜14的厚度为0.5～2微米，溅射速度为1μm/h，初使溅射偏压为-20V，每隔5分钟将溅射偏压调高5V，即溅射5分钟后，将偏压调为-25V，10分钟后将偏压调为-30V，依次类推直至镀膜完成。
以上的等离子清洗、镀钛金属层12、镀氮化钛层13后均需要将磁控溅射腔体内的压力抽至10-6托以下。
镀类金刚石薄膜14前于底材10表面镀钛金属层12及氮化钛层13，钛金属层12增加了镀膜与底材10间的附着性，氮化钛层13可作为扩散阻碍层，用来防止活性原子与稍后溅射的类金刚石薄膜14产生反应，溅射含钛的类金刚石薄膜14可提高类金刚石薄膜与底材10的附着性及抗磨耗性，溅射开始时于靶材上施加较小偏压可使膜层具有较佳的附着力，逐渐提高靶材偏压可使外层镀膜因为偏压较高而具有高硬度。
Claims (9)
1.一种类金刚石薄膜镀膜方法，其特征在于：其包括以下步骤：
提供一底材；
将该底材清洗后放入真空腔内；
将真空腔抽真空，然后通入氩气，对底材进行等离子清洗；
以钛为靶材，于底材表面镀一钛金属层；
向真空腔内通入氩气与氮气，以钛为靶材，于钛金属层表面镀一氮化钛层；
以石墨与钛为靶材，于氮化钛层镀一含钛的类金刚石薄膜，其中溅射开始时于靶材上施加一-20V的初始溅射偏压，然后溅射过程中逐渐提高溅射靶材的偏压。
2.如权利要求1所述的类金刚石薄膜镀膜方法，其特征在于：该底材的材料为不锈钢或碳化钨。
3.如权利要求1所述的类金刚石薄膜镀膜方法，其特征在于：底材清洗包括于丙酮溶液中以超声波震荡清洗。
4.如权利要求3所述的类金刚石薄膜镀膜方法，其特征在于：底材清洗还包括于乙醇溶液中以超声波震荡清洗。
5.如权利要求1所述的类金刚石薄膜镀膜方法，其特征在于：等离子清洗时压力为2～7×10-3托，偏压为300V。
6.如权利要求1所述的类金刚石薄膜镀膜方法，其特征在于：镀钛金属层时氩气压力为2～7×10-3托，溅射偏压为-20V至-60V。
7.如权利要求1所述的类金刚石薄膜镀膜方法，其特征在于：镀氮化钛层时氩气与氮气压力为2～7×10-3托，溅射偏压为-20V至-60V。
8.如权利要求1所述的类金刚石薄膜镀膜方法，其特征在于：镀类金刚石薄膜层的速率为1μm/h。
9.如权利要求1所述的类金刚石薄膜镀膜方法，其特征在于：溅射偏压每5分钟增加5V。
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