CN108149193A - 一种类金刚石碳基薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种类金刚石碳基薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种类金刚石碳基薄膜及其制备方法，其中，制备方法包括：步骤1，在预设的基板表面制备过渡层；步骤2，以石墨‑铜靶为溅射靶材，通入Ar/H2，按照预设工艺参数在所述过渡层表面制备Cu‑DLC薄膜层。所述类金刚石碳基薄膜及其制备方法，通过将铜掺杂到DLC，由于铜本身不与C元素成键，以纳米晶颗粒的形式镶嵌于DLC膜层中，起到一种细晶强化作用，提高膜层的硬度；铜为非成键元素，膜层表面悬键数量降低，在一定程度上降低了表面能，提升水滴角大小，具有疏水性；铜本身具有很好的延展性，以纳米晶形式镶嵌在DLC层中，可在一定程度上降低DLC膜层的内应力，提高韧性，而且可以降低膜层的表面粗糙度，降低动摩擦系数。

Description

一种类金刚石碳基薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及类金刚石碳基薄膜技术领域，特别是涉及一种类金刚石碳基薄膜及其制备方法。
背景技术
类金刚石碳基(Diamond-like carbon，DLC)薄膜主要是由金刚石结构的SP3杂化碳原子和石墨结构的SP2杂化碳原子相互混杂的三维网络构成，是亚稳非晶态物质，具有高硬度、低摩擦系数、高热导率、低介电常数、宽带隙、良好光透过率、耐磨耐蚀以及生物相容性等，在航空航天、机械、电子、光学、装饰外观保护、生物医学等领域具有广阔的应用前景。
非晶碳基薄膜一般分为含氢碳膜(a-C:H)和不含氢碳膜(a-C)两类。含氢碳膜(a-C:H)与不含氢碳膜(a-C)相比，由于掺氢后碳膜氢化，其透明度随氢含量增加而增加，可运用于对透明度及光学特性有要求的产品上，比如手机前后盖板、手表盖板、摄像头镜片等。而作为电子产品的盖板使用，其表面性能直接影响使用过程中的舒适度，如疏水性、防指纹性和动摩擦系数。而常规含氢DLC的表面水滴接触角只有70°左右，表现为亲水性，同时表面动摩擦系数大，容易粘指纹，直接使用手感差。
因此，如何制备高疏水，低摩擦系数的DLC，提高DLC膜的防指纹效果和降低动摩擦系数，降低生产成本是大规模推广应用的前提和提高相应企业竞争力的保证。
发明内容
本发明的目的是提供了一种类金刚石碳基薄膜及其制备方法，获得具有高疏水性、防指纹的DLC薄膜。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种类金刚石碳基薄膜制备方法，包括：
步骤1，在预设的基板表面制备过渡层；
步骤2，以石墨-铜靶为溅射靶材，通入Ar/H2，按照预设工艺参数在所述过渡层表面制备Cu-DLC薄膜层。
其中，所述过渡层为SiO2过渡层。
其中，所述SiO2过渡层的厚度为5nm～15nm。
其中，在所述步骤1之前，还包括：
对所述基板表面进行去尘、去油清洁，获得干净表面。
其中，在所述步骤2之后，还包括：
步骤3，检测并获取所述Cu-DLC薄膜层的薄膜参数；
步骤4，判断所述Cu-DLC薄膜层的薄膜参数是否都符合预定产品性能要求；
若是，步骤5，所述Cu-DLC薄膜层产品合格，否则，步骤6，调整参数，重复所述步骤2。
其中，所述薄膜参数包括光学参数、硬度、表面水滴接触角和动摩擦系数。
除此之外，本发明实施例还提供了一种类金刚石碳基薄膜，包括基板和依次沉积在所述基板的过渡层、Cu-DLC薄膜。
其中，所述过渡层为SiO2过渡层。
其中，所述SiO2过渡层的厚度为5nm～15nm。
本发明实施例所提供的类金刚石碳基薄膜及其制备方法，与现有技术相比，具有以下优点：
所述类金刚石碳基薄膜及其制备方法，通过将铜掺杂到DLC，由于铜本身不与C元素成键，以纳米晶颗粒的形式镶嵌于DLC膜层中，起到一种细晶强化作用，提高膜层的硬度；铜为非成键元素，膜层表面悬键数量降低，在一定程度上降低了表面能，提升水滴角大小，具有疏水性；铜本身具有很好的延展性，以纳米晶形式镶嵌在DLC层中，可在一定程度上降低DLC膜层的内应力，提高韧性，而且可以降低膜层的表面粗糙度，降低动摩擦系数，从而获得高硬度、高疏水性、防指纹的Cu-DLC薄膜。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的类金刚石碳基薄膜制备方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图；
图2为本发明实施例提供的类金刚石碳基薄膜制备方法的另一种具体实施方式的步骤流程示意图；
图3为本发明实施例提供的类金刚石碳基薄膜的一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1～图3，图1为本发明实施例提供的类金刚石碳基薄膜制备方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图；图2为本发明实施例提供的类金刚石碳基薄膜制备方法的另一种具体实施方式的步骤流程示意图；图3为本发明实施例提供的类金刚石碳基薄膜的一种具体实施方式的结构示意图。
在一种具体实施方式中，所述类金刚石碳基薄膜制备方法，包括：
步骤1，在预设的基板表面制备过渡层；
步骤2，以石墨-铜靶为溅射靶材，通入Ar/H2，按照预设工艺参数在所述过渡层表面制备Cu-DLC薄膜层。
通过将铜掺杂到DLC，形成金属掺杂的类金刚石碳基薄膜，由于铜本身不与C元素成键，以纳米晶颗粒的形式镶嵌于DLC膜层中，起到一种细晶强化作用，提高膜层的硬度；铜为非成键元素，膜层表面悬键数量降低，在一定程度上降低了表面能，提升水滴角大小，具有疏水性；铜本身具有很好的延展性，以纳米晶形式镶嵌在DLC层中，可在一定程度上降低DLC膜层的内应力，提高韧性，而且可以降低膜层的表面粗糙度，降低动摩擦系数，从而获得高硬度、高疏水性、防指纹的Cu-DLC薄膜。
本发明对于Cu-DLC薄膜中的掺铜比例以及Cu-DLC薄膜层的厚度不做具体限定。
本发明中的过渡层的作用是提升膜层的结合力，作为DLC层和基板之间的过渡，避免了直接在基板上沉积时发生的因为结合力不强而导致的薄膜脱落的情况的一般，在本发明的一个实施例中，所述过渡层为SiO2过渡层。
需要指出的是，本发明对于SiO2过渡层的厚度以及沉积方式不做限定，而且除了可以使用SiO2过渡层之外，还可以使用其它的过渡层，如采用氮化硅过渡层等。
本发明对于SiO2过渡层的厚度不做限定，由于其作用仅仅是起到过渡，提升膜层结合力的作用，因此对SiO2过渡层的要求不高，一般所述SiO2过渡层的厚度为5nm～15nm。
而为了进一步提高薄膜的沉积质量，在所述步骤1之前，还包括：
对所述基板表面进行去尘、去油清洁，获得干净表面。
本发明对于基板的材质和厚度不做限定，对于对基板表面去尘、去油清洁的步骤流程不做限定，一般会采用无水乙醇、丙酮、无水乙醇、去离子水的清洗方式进行清洗，甚至在此过程中置于超声波发生器中进行超声清洗，如果有些有机物还没有清洗干净，还可以增加四氯化碳清洗等。除了上述的中性溶液清洗之外，还可以采用酸性溶液或碱性溶液进行清洗，本发明对此不作限定。
本发明中采用在DLC中掺铜的方式提高DLC的性能，按照预定的参数进行掺杂，虽然有一定的性能提升，但是不一定就能够获得极高质量的产品，满足需要，如果是经过多次试验，已经获得合格的产品，即可按照此工艺参数进行。此外，由于在每次沉积过程中，可能由于操作失误等原因，即使产品的质量稳定，也不能够给保证每批产品能够都达到预定的性能要求，因此，需要对每批的产品进行质量检测。
为了进一步提供产品的质量，在所述步骤2之后，还包括：
步骤3，检测并获取所述Cu-DLC薄膜层的薄膜参数；
步骤4，判断所述Cu-DLC薄膜层的薄膜参数是否都符合预定产品性能要求；
若是，步骤5，所述Cu-DLC薄膜层产品合格，否则，步骤6，调整参数，重复所述步骤2。
通过反复进行参数的调整，如掺铜量的调整、通入Ar/H2的速率，溅射电压等，反复比较获得高质量的产品，如采用控制变量法，获得每一参数对产品性能的影响。
本发明对于薄膜的检测参数不做限定，一般所述薄膜参数包括光学参数、硬度、表面水滴接触角和动摩擦系数。
除此之外，本发明实施例还提供了一种类金刚石碳基薄膜，包括基板10和依次沉积在所述基板10的过渡层20、Cu-DLC薄膜层30。
由于该类金刚石碳基薄膜采用如上所述类金刚石碳基薄膜制备，应该具有相同的有益效果，本发明在此不再赘述。
本发明中的过渡层20的作用是提升膜层的结合力，作为DLC层和基板10之间的过渡，避免了直接在基板10上沉积时发生的因为结合力不强而导致的薄膜脱落的情况的一般，在本发明的一个实施例中，所述过渡层20为SiO2过渡层20。
需要指出的是，本发明对于SiO2过渡层20的厚度以及沉积方式不做限定，而且除了可以使用SiO2过渡层20之外，还可以使用其它的过渡层20，如采用氮化硅过渡层20等。
本发明对于SiO2过渡层20的厚度不做限定，由于其作用仅仅是起到过渡，提升膜层结合力的作用，因此对SiO2过渡层20的要求不高，一般所述SiO2过渡层20的厚度为5nm～15nm。
综上所述，本发明实施例提供的类金刚石碳基薄膜及其制备方法，通过将铜掺杂到DLC，由于铜本身不与C元素成键，以纳米晶颗粒的形式镶嵌于DLC膜层中，起到一种细晶强化作用，提高膜层的硬度；铜为非成键元素，膜层表面悬键数量降低，在一定程度上降低了表面能，提升水滴角大小，具有疏水性；铜本身具有很好的延展性，以纳米晶形式镶嵌在DLC层中，可在一定程度上降低DLC膜层的内应力，提高韧性，而且可以降低膜层的表面粗糙度，降低动摩擦系数，从而获得高硬度、高疏水性、防指纹的Cu-DLC薄膜。
以上对本发明所提供的类金刚石碳基薄膜及其制备方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种类金刚石碳基薄膜制备方法，其特征在于，包括：
步骤1，在预设的基板表面制备过渡层；
步骤2，以石墨-铜靶为溅射靶材，通入Ar/H2，按照预设工艺参数在所述过渡层表面制备Cu-DLC薄膜层。
2.如权利要求1所述金属掺杂类金刚石碳基薄膜制备方法，其特征在于，所述过渡层为SiO2过渡层。
3.如权利要求2所述金属掺杂类金刚石碳基薄膜制备方法，其特征在于，所述SiO2过渡层的厚度为5nm～15nm。
4.如权利要求3所述金属掺杂类金刚石碳基薄膜制备方法，其特征在于，在所述步骤1之前，还包括：
对所述基板表面进行去尘、去油清洁，获得干净表面。
5.如权利要求4所述金属掺杂类金刚石碳基薄膜制备方法，其特征在于，在所述步骤2之后，还包括：
步骤3，检测并获取所述Cu-DLC薄膜层的薄膜参数；
步骤4，判断所述Cu-DLC薄膜层的薄膜参数是否都符合预定产品性能要求；
若是，步骤5，所述Cu-DLC薄膜层产品合格，否则，步骤6，调整参数，重复所述步骤2。
6.如权利要求5所述金属掺杂类金刚石碳基薄膜制备方法，其特征在于，所述薄膜参数包括光学参数、硬度、表面水滴接触角和动摩擦系数。
7.一种类金刚石碳基薄膜，其特征在于，包括基板和依次沉积在所述基板的过渡层、Cu-DLC薄膜。
8.如权利要求7所述金属掺杂类金刚石碳基薄膜，其特征在于，所述过渡层为SiO2过渡层。
9.如权利要求8所述金属掺杂类金刚石碳基薄膜，其特征在于，所述SiO2过渡层的厚度为5nm～15nm。
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