CN108330459A - 一种对称磁控溅射工艺及其类金刚石涂层的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对称磁控溅射工艺及其类金刚石涂层的应用，利用相向的对称磁控溅射阴极放电过程中的电子汇聚效应来提高溅射的碳粒子的离化率，高能碳粒子从对称阴极之间的间隙溢出并经磁控溅射金属靶的金属原子掺杂形成类金刚石涂层，对称磁控溅射工艺不仅可提高靶材利用率，而且溅射粒子的离化率也有极大的提高；该类金刚石涂层是由金属基底层、梯度复合层、掺杂金属类金刚石涂层组成，该类金刚石涂层沉积过程中可通过调节磁控溅射金属靶的功率来获得一定梯度及掺杂稳定比例的类金刚石涂层。利用本工艺可获得高能离化的碳离子，有利于形成致密细腻的类金刚石涂层。
Description
技术领域
本发明属于真空镀膜涂层制备领域，涉及一种对称狭缝磁控溅射工艺及其类金刚石涂层的应用。
背景技术
固体材料的摩擦磨损普遍存在于生产和生活的各个领域中，凡是相对运动的部件都存在着摩擦磨损。国内外的统计资料显示，由摩擦而导致消耗掉的能源占全世界1/3一次能源，约有80%的机械零部件因为不断的磨损而最终失效，约有50%以上的机械装备恶性事故发生是起因于润滑失效和过度磨损。材料表面的物理、化学和力学性质对材料的摩擦学性能产生重要的影响。将固体材料表面进行预处理后，再经过表面涂覆、表面改性或多种表面工程技术复合处理，改变固体表面的形态、化学成分、组织结构、机械强度和应力状态等，可以获得更好的力学与摩擦学性能。尤其，在表面工程技术中将薄膜材料应用于固体块状材料的减摩抗磨取得了许多重要的工业应用价值。因此，降低摩擦磨损的损耗，积极开发及使用新型的减摩抗磨润滑薄膜材料具有极其重要的价值和意义。
类金刚石薄膜(Diamond-like carbon film) 由于具有许多优异的物理、化学性能，如高硬度、低摩擦系数、优良的耐磨性、高介电常数、高击穿电压、宽带隙、化学惰性和生物相容性等。经过多年的发展，DLC薄膜在很多领域的应用也已进入实用和工业化生产阶段。然而，在类金刚石碳基薄膜的性能方面：高内应力和膜基结合弱；韧性低、脆性强以及热稳定性差；摩擦学行为受环境影响很大，这三大问题仍然是制约着其可靠性和寿命的关键瓶颈。
为了缓解或消除DLC碳基薄膜所存在问题，通过一定的方法可以改善DLC碳膜的力学和摩擦学性能，如退火、掺杂、加偏压、多层化、梯度化、基底预处理等。
掺杂是改善DLC性能的主要方法，掺杂通常是通过通入混合气体、使用复合靶材或采用复合沉积技术来实现。对于掺入到碳膜中的元素可分为非金属和金属两种。选用的非金属掺杂元素比如Si、B、N和F等，而选用的金属元素比如Ti、Cr、W、Zr、Pt、Mo、Co、Al、Ag 和Cu等。非金属元素掺杂降低DLC 薄膜内应力主要是通过和碳原子发生键合作用，改变薄膜中sp3/sp2 比例以及H 含量的多少来释放内应力。而掺杂金属可以与碳形成碳化物相，并以纳米晶颗粒的形式镶嵌在非晶碳网络结构中，而形成的纳米复合结构中存在着大量纳米晶界，内应力就可以通过晶界扩散或滑移的方式得到释放。实验证明DLC碳基薄膜中掺入适量的元素可以有效的降低其内应力，改善膜–基结合强度。
DLC碳膜材料和基体材料存在热膨胀系数、晶体结构和化学成分的差异，限制了镀层材料与不同基材之间的良好结合。因此，需要通过在基底材料和薄膜材料之间沉积梯度或多层膜来克服膜–基间不匹配，提高碳膜材料与不同基材之间的结合强度，来改善它们的适应性，缓解化学键、热膨胀系数和弹性模量等性能的差别，从而提高膜-基结合。
现有的碳粒子源主要有气体碳粒子源、磁控溅射源、多弧粒子镀碳粒子源、激光碳粒子源等，其中气体碳粒子源主要是通过离子源及其他等离子体装置对碳氢气体进行离化，磁控溅射源是指磁控溅射石墨靶，为沉积提供碳粒子，多弧离子镀碳粒子源是对石墨靶或金属碳化物靶表面进行弧光放电；其中气体碳粒子源因需离化气体，一方面离化率低，另一方面离化过程中，碳粒子会沉积在源上，会影响放电过程的稳定性及生产的连续性，需要经常人工清理；而磁控溅射源沉积速率低，离化率低，以及多弧离子镀碳粒子源石墨放电的特性，放电过程中大颗粒的存在都影响了多弧离子镀碳粒子源的应用。
现有的磁控溅射源直接沉积类金刚石时，一方面辉光放电过程中惰性气体的溅射速率较低，另一方面辉光放电中的金属主要是原子态，离化率较低，不能获得高含量SP3的类金刚石涂层。此外磁控溅射过程中的溅射出的粒子其原子能量低，表面能及扩散能都不能使沉积粒子在表面迁移扩散，从而涂层的结构疏松，显微硬度低。
发明内容
本发明的第一个目的是克服现有技术存在问题和不足，而提供一种对称磁控溅射工艺，其可提高粒子的离化率，并且利用对称放置的阴极磁场的相互影响，在靶面形成近乎完全平行靶面的平行磁场，可极大的提高靶材利用率。
本发明的另一个目的是提供一种基于对称磁控溅射工艺的沉积掺杂金属类金刚石涂层的工艺。
为实现本发明的第一个发明目的，其技术方案是利用相向的对称设置的第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极，所述的第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极的结构均包括有冷媒板、靶材、磁靴、绝缘屏蔽组件，所述的第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极的靶材呈面对面对应布置，且第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极的靶材之间设置有间隙，该间隙构成磁控溅射的电离区，该间隙的两侧为粒子出射口；放电过程中的电子汇聚效应来提高溅射的碳粒子的离化率，高能碳粒子从对称阴极之间的间隙溢出并经磁控溅射金属靶的金属原子掺杂形成类金刚石涂层，对称磁控溅射工艺不仅可提高靶材利用率，而且溅射粒子的离化率也有极大的提高。
进一步设置是所述第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极相向装配，两个阴极靶面之间的间隙距离为10-30mm，两者的磁靴内磁极排布方式完全相同，形成发散的几乎完全平行靶面的平行磁力线分布。
进一步设置是所述的固定法兰板将固定在真空腔室上并设置有一对外接电极、对应第一磁控溅射阴极的冷媒板的一对冷媒接口、以及对应第二磁控溅射阴极的冷媒板的一对冷媒接口，所述的第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极的冷媒板内设置有与对应的冷媒接口相连通的冷媒通道。
进一步设置是所述的第一 磁控溅射阴极及第二磁控溅射阴极为平面结构，其靶材可以为正方形、长方形、圆形及其他平面图形。
实现本发明的第二个目的，其技术方案是在磁控溅射镀膜机中安装如所述的两组对称磁控溅射阴极组件以及装有金属靶材的磁控溅射阴极，该对称磁控溅射阴极中的靶材为石墨靶材，通过对称磁控溅射阴极在放电过程中提供高能碳粒子，在待镀基体上形成掺杂金属类金刚石涂层。
进一步设置是在真空磁控溅射镀膜机中安装磁控溅射金属靶为金属钛、金属铬、金属钨中的一种，通过磁控溅射金属靶提供用于掺杂的金属原子，从而在待镀基体上沉积类金刚石涂层的过程中掺杂金属原子，形成掺杂金属类金刚石涂层。
进一步设置是所述掺杂类金刚石涂层包括梯度掺杂金属的掺杂金属类金刚石层及稳定组分掺杂金属类金刚石层，其中梯度掺杂金属的类金刚石层是通过梯度调节磁控溅射金属靶功率形成具有梯度的梯度掺杂金属的掺杂金属类金刚石层，所述的稳定组分掺杂金属类金刚石层是通过控制磁控溅射金属靶功率固定的方式来实现沉积形成稳定组分掺杂金属类金刚石层。
进一步设置是一种掺杂金属类金刚石涂层的沉积工艺，将待镀基体放入磁控溅射镀膜机中，该镀膜机配置装配有金属靶材的磁控溅射金属靶、以及如权利要求2所述的对称狭缝磁控溅射阴极组件，该对称狭缝磁控溅射阴极组件中的靶材为石墨靶材；
该沉积工艺包括如下步骤：
（1）对磁控溅射镀膜机的真空室抽真空后通入氩气100-1000sccm，开启偏压电源600-1000v，腔室内辉光放电，通过辉光清洗金属表面，活化待镀基体表面；
（2）随后开启磁控溅射金属靶，调节金属靶电流10-30A，调节金属靶偏压从300v降至100v，沉积≤1um厚度的金属基底层，待金属基底层工艺结束后；
（3）通入氮气，其中氮气的通入流量通过梯度递增方式逐渐从0 sccm增加至100-500sccm，后稳定沉积，并调节真空度0.1-1.5Pa，沉积≤2um厚度的金属氮化物层；
（4）然后通过梯度调节氮气及碳氢气体的组分，其中氮气通入流量通过梯度降至50-150sccm，碳氢气体的通入流量通过梯度增至50-200sccm，后稳定沉积，沉积≤2um的金属碳氮化物；
（5）然后通过梯度调节氮气及碳氢气体的组分，其中氮气梯度降至0sccm，碳氢气体的通入流量通过梯度增至200-400sccm，后稳定沉积，同时调节偏压降至80-40v，沉积≤2um的金属碳化物；
（6）随后关闭碳氢气体，开启对称狭缝磁控溅射阴极组件，电流大小10-30A，利用电子汇聚，高能离化碳粒子，溢出的碳粒子在偏压的作用下，沉积到待镀基体表面，梯度调节磁控溅射金属靶电流降至10-15A，沉积≤1um厚度的梯度掺杂金属的掺杂金属类金刚石层，使用稳定的磁控溅射金属靶功率制备稳定组分掺杂金属类金刚石涂层。
进一步设置是 所述碳氢气体是由含有碳原子及氢原子组成的烷类、炔类、烯类气体。
与现有技术相比，本发明提供的掺杂金属类金刚石涂层制备方法，具有如下实质性区别和显著性进步：
1）利用对称磁控溅射工艺提供高能碳粒子，一方面沉积的涂层不存在大颗粒，另一方面对称的磁控溅射阴极在放电过程中电子汇聚，能够高效离化碳粒子，并通过间隙溢出，极大的提高了碳粒子的离化率，并且对称放置的阴极磁场之间相互影响，可在靶面形成近乎完全平行于靶面的平行磁场，可有效的提高等离子体浓度，从而极大的提高靶材利用率。
2）设备简单，没有使用阳极层离子源等离子辅助源来离化碳氢气体，使用对称磁控溅射阴极，结构简单，离化率高，粒子能量高，活性强。
3）高能离化的碳粒子沉积在基体表面获得的类金刚石涂层石墨相降低，类金刚石涂层相关性能显著提高。
4）通过利用对称磁控溅射工艺的电子汇聚作用，增大了高能气体粒子对靶材的碰撞效率，提高了石墨靶的溅射速率，相较于非平衡磁控溅射及离子源辅助沉积类金刚石涂层生产效率大大提高。
总之，本发明所提供的掺杂金属类金刚石涂层，不仅可通过简单的对称磁控溅射工艺制备出无大颗粒的掺杂金属类金刚石涂层，而且其成膜速率、涂层与基体结合力、涂层质量都有了很大的提升。
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，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1是掺杂金属类金刚石涂层结构示意图；
图2是对称狭缝磁控溅射阴极组件结构示意图；
图3是实施例一中的对称磁控溅射工艺制备掺杂金属类金刚石涂层的装置结构示意图；
图4是实施例一中的对称狭缝磁控溅射阴极中磁场的模拟图；
图5是实施例二中的对称磁控溅射工艺制备掺杂金属类金刚石涂层的装置结构示意图；
图6是实施例二中的对称狭缝磁控溅射阴极中磁场的模拟图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
本发明中的对称磁控溅射工艺所使用的第一磁控溅射阴极及第二磁控溅射阴极是在传统应用的磁控溅射阴极新的应用方式及工艺方法，因而在本说明中没有对第一磁控溅射阴极及第二磁控溅射阴极进行进一步的结构解析说明，仅对两个阴极之间的固定方式、间隙调节、冷却及电极的引入进行简单的结构说明。
本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
本发明较佳的实施例的掺杂金属类金刚石涂层形成在各类切削刀具、精密量具、模具、汽摩配精密部件及其他应用要求为低摩耐磨零部件的表面。该类金刚石涂层主要是通过对称磁控溅射工艺制备含氢类金刚石，并在制备过程中掺杂金属；该掺杂金属金刚石涂层是由金属基底层、梯度复合层、掺杂金属类金刚石涂层组成。该金属基底层是由磁控溅射金属靶沉积具有一定工艺梯度的纯金属基底层；该梯度复合层是通过依次通入不同梯度的工艺气体组分（依次为氮气、氮气与碳氢气体、碳氢气体）及其他工艺参数（偏压、工艺气压）形成梯度复合层；该掺杂金属类金刚石包括梯度掺杂金属的掺杂金属类金刚石层及掺杂金属类金刚石层，其中梯度掺杂金属的类金刚石层是通过调节磁控溅射金属靶功率从而形成具有梯度的掺杂金属的掺杂类金刚石涂层，随后形成稳定组分的掺杂金属类金刚石层；该金属基底层及梯度复合层主要是为降低涂层的内应力，提高涂层与基体之间的结合力。
该掺杂金属涂层的厚度为1-8um，优选3-5um。该类金刚石涂层的显微硬度为30GPa左右。
参见图1，上述掺杂金属类金刚石涂层的涂层组分为梯度变化，依次为：基底1、金属基底层2、梯度复合层（3、4、5）、掺杂金属类金刚石层（6、7）；该金属基底层是磁控溅射金属靶沉积的有一定工艺梯度的纯金属基底层（2）；该梯度复合层是通过依次通入不同梯度的工艺气体组分（依次为氮气、氮气与碳氢气体、碳氢气体）及其他工艺参数（偏压、工艺气压）形成梯度复合层（金属氮化物3、金属碳氮化物4、金属碳化物5）；该掺杂金属类金刚石包括梯度掺杂金属的掺杂金属类金刚石层6及掺杂金属类金刚石层7，其中梯度掺杂金属的类金刚石层6是通过调节磁控溅射金属靶功率从而形成具有梯度的掺杂金属的掺杂类金刚石涂层，随后形成稳定组分的掺杂金属类金刚石层7；该金属基底层及梯度复合层主要是为降低涂层的内应力，提高涂层与基体之间的结合力。
下面以非平衡磁控溅射真空设备合成上述掺杂金属类金刚石涂层为例，对该掺杂金属类金刚石涂层的制备方法进行说明。
参见图2、图4、图6所示：对称狭缝磁控溅射阴极组件10包括第一磁控溅射阴极101、第二磁控溅射阴极102、固定法兰板103组成，第一磁控溅射阴极101及第二磁控溅射阴极102通过螺栓固定在固定法兰板103上，面板103上有六个接口，其中四个为外接水冷接口1031，另外两个接口上设置有外接电极1032；在高真空下接通外接电极1032后，对称磁控溅射阴极辉光放电，对称磁控溅射阴极放电电子汇聚，高能离化惰性气体碰撞阴极靶面，从而产生大量碳粒子，溅射出的碳粒子在高能电子的碰撞下离化，并通过狭缝溢出，受基体偏压的作用，沉积在基体表面。
两组对称的磁控溅射阴极之间的磁场可相互影响，进一步的拉平磁场，靶面水平磁场范围的扩大使等离子体的分布更加均匀，靶面溅射区域也相应的扩大，从而靶材刻蚀的沟槽也会相应的变大，坡度更缓和，可有效的提升靶材的利用率，增加了靶材的使用寿命，提升了溅射过程的稳定性。
实施例一
参见图3、所示：制备本发明的类金刚石涂层的非平衡磁控镀膜机11，非平衡磁控镀膜机11是本领域的常规成熟设备，可直接从市场采购，装配有四组非平衡磁控溅射金属靶111、转架112，腔室中心位置装配有对称磁控溅射阴极10，类金刚石涂层金属基底层及梯度复合层利用磁控溅射阴极制备，待梯度复合成制备完成时，关闭反应气体，通入氩气，开启对称磁控溅射阴极10及磁控溅射金属靶111，通过调节磁控溅射金属靶111的靶功率，利用对称磁控溅射阴极10放电过程中电子汇聚的高能离化溅射效果溢出碳粒子，在基体表面获得掺杂梯度金属的掺杂类金刚石涂层及稳定组分的掺杂类金刚石涂层。
该掺杂金属类金刚石涂层制备方法主要包括如下：
本实施例以金属靶Cr为例，对发明方法进行叙述。
前处理过程：对待镀基体进行表面超声波清洗，即将待镀基体放入带有超声波清洗器的清洗槽中除油除蜡，漂洗完毕后烘干备用。所述基体为高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、模具钢等材料。
装载：将经上述清洗的待镀基体放入真空腔室内，非平衡磁控溅射金属靶装配在腔室法兰上，对称狭缝磁控溅射阴极装配在中心位置。
工艺过程如表1所述：
表1
卸载：待工艺结束后，关闭负偏压、磁控溅射金属靶、对称磁控溅射阴极，停止通入氩气，待所述硬质涂层冷却后，向真空室内通入空气，恢复大气压，打开真空室门，取出镀覆好的基体。
上述掺杂金属类金刚石涂层的制备方法通过利用对称磁控溅射阴极放电过程中，大量电子汇聚离化溅射的碳粒子从而从狭缝中溢出高能碳粒子并与磁控溅射金属靶的金属原子掺杂，从而形成掺杂类金刚石涂层。
说明：本制备方法中所述的梯度指在一定时间内工艺参数从一个值线性变化为另一个值，随后稳定沉积一段时间。
实施例二
参见图5所示：制备本发明的掺杂类金刚石涂层的非平衡磁控镀膜机12，装配有两组组非平衡磁控溅射金属靶121、转架122，腔室对应两组组非平衡磁控溅射金属靶121的中轴线的中心一侧位置装配有对称狭缝磁控溅射阴极10，对称狭缝磁控溅射阴极10对应腔体处装配有阳极水冷柱或阳极布气管13，通过利用水冷阳极加速碳粒子的溢出，或通过气流的作用利于碳粒子的溢出，类金刚石涂层金属基底层及梯度复合层利用磁控溅射阴极制备，待梯度复合成制备完成时，关闭反应气体，通入氩气，开启对称狭缝磁控溅射阴极10及磁控溅射金属靶121，通过调节磁控溅射金属靶121的靶功率，利用对称狭缝磁控溅射阴极10放电过程中电子汇聚的高能离化溅射效果溢出碳粒子，在基体表面获得掺杂梯度金属的掺杂类金刚石涂层及稳定组分的掺杂类金刚石涂层。
该掺杂金属类金刚石涂层制备方法主要包括如下：
本实施例以金属靶Cr为例，对发明方法进行叙述。
前处理过程：对待镀基体进行表面超声波清洗，即将待镀基体放入带有超声波清洗器的清洗槽中除油除蜡，漂洗完毕后烘干备用。所述基体为高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、模具钢等材料。
装载：将经上述清洗的待镀基体放入真空腔室内，非平衡磁控溅射金属靶装配在腔室法兰上，对称狭缝磁控溅射阴极装配在中心位置。
工艺过程如表2所述：
表2
卸载：待工艺结束后，关闭负偏压、磁控溅射金属靶、对称狭缝磁控溅射阴极，停止通入氩气，待所述硬质涂层冷却后，向真空室内通入空气，恢复大气压，打开真空室门，取出镀覆好的基体。
上述掺杂金属类金刚石涂层的制备方法通过利用对称狭缝磁控溅射阴极放电过程中，大量电子汇聚离化溅射的碳粒子从而从狭缝中溢出高能碳粒子并与磁控溅射金属靶的金属原子掺杂，从而形成掺杂类金刚石涂层。
说明：本制备方法中所述的梯度指在一定时间内工艺参数从一个值线性变化为另一个值，随后稳定沉积一段时间。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种对称磁控溅射工艺，其特征在于：利用相向的对称磁控溅射阴极放电过程中的电子汇聚效应来提高溅射的碳粒子的离化率，高能碳粒子从对称阴极之间的间隙溢出并经磁控溅射金属靶的金属原子掺杂形成类金刚石涂层，对称磁控溅射工艺不仅可提高靶材利用率，而且溅射粒子的离化率也有极大的提高；所述的对称磁控溅射工艺为对称放置的两组磁控溅射阴极，一方面两者之间的间隙在辉光放电中可形成空心阴极放电效应，电子堆积增加粒子的离化率，另一方面对称放置的阴极的磁场相互影响，可极大的提高靶材利用率。
2.一种对称狭缝磁控溅射阴极组件，其特征在于：包括有面板、以及固定设置于面板上且相互对称设置的第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极，所述的第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极的结构均包括有冷媒板、以及分别固定设置于冷媒板两侧的外磁体和板状靶材，所述的第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极的板状靶材呈面对面对应布置，且第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极的板状靶材之间设置有狭缝，该狭缝构成磁控溅射的电离区，该狭缝的两侧为粒子出射口。
3.根据权利要求1所述的一种对称狭缝磁控溅射阴极组件，其特征在于：所述第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极相向装配，两个阴极靶面之间的间隙距离为10-100mm，两者的磁靴内磁极排布方式完全相同，形成发散的几乎完全平行靶面的平行磁力线分布。
4.根据权利要求1所述的一种对称狭缝磁控溅射阴极组件，其特征在于：所述的固定法兰板将固定在真空腔室上并设置有一对外接电极、对应第一磁控溅射阴极的冷媒板的一对冷媒接口、以及对应第二磁控溅射阴极的冷媒板的一对冷媒接口，所述的第一磁控溅射阴极和第二磁控溅射阴极的冷媒板内设置有与对应的冷媒接口相连通的冷媒通道。
5.根据权利要求2所述的一种对称狭缝磁控溅射阴极组件，其特征在于：所述的第一磁控溅射阴极及第二磁控溅射阴极为平面结构，其靶材可以为正方形、长方形、圆形及其他平面图形。
6.一种基于对称磁控溅射工艺的类金刚石涂层的沉积工艺，其特征在于：在磁控溅射镀膜机中安装如权利要求2所述的两组对称磁控溅射阴极组件以及装有金属靶材的磁控溅射阴极，该对称磁控溅射阴极中的靶材为石墨靶材，通过对称磁控溅射阴极在放电过程中提供高能碳粒子，在待镀基体上形成掺杂金属类金刚石涂层。
7.根据权利要求6所述的基于对称磁控溅射阴极工艺的类金刚石涂层的沉积工艺，其特征在于：在真空磁控溅射镀膜机中安装磁控溅射金属靶为金属钛、金属铬、金属钨中的一种，通过磁控溅射金属靶提供用于掺杂的金属原子，从而在待镀基体上沉积类金刚石涂层的过程中掺杂金属原子，形成掺杂金属类金刚石涂层。
8.根据权利要求6所述的基于对称磁控溅射工艺的类金刚石涂层的沉积工艺，其特征在于：所述掺杂类金刚石涂层包括梯度掺杂金属的掺杂金属类金刚石层及稳定组分掺杂金属类金刚石层，其中梯度掺杂金属的类金刚石层是通过梯度调节磁控溅射金属靶功率形成具有梯度的梯度掺杂金属的掺杂金属类金刚石层，所述的稳定组分掺杂金属类金刚石层是通过控制磁控溅射金属靶功率固定的方式来实现沉积形成稳定组分掺杂金属类金刚石层。
9.一种掺杂金属类金刚石涂层的沉积工艺，其特征在于：
将待镀基体放入磁控溅射镀膜机中，该镀膜机配置装配有金属靶材的磁控溅射金属靶、以及如权利要求2所述的对称狭缝磁控溅射阴极组件，该对称狭缝磁控溅射阴极组件中的靶材为石墨靶材；
该沉积工艺包括如下步骤：
（1）对磁控溅射镀膜机的真空室抽真空后通入氩气100-1000sccm，开启偏压电源600-1000v，腔室内辉光放电，通过辉光清洗金属表面，活化待镀基体表面；
（2）随后开启磁控溅射金属靶，调节金属靶电流10-30A，调节金属靶偏压从300v降至100v，沉积≤1um厚度的金属基底层，待金属基底层工艺结束后；
（3）通入氮气，其中氮气的通入流量通过梯度递增方式逐渐从0 sccm增加至100-500sccm，后稳定沉积，并调节真空度0.1-1.5Pa，沉积≤2um厚度的金属氮化物层；
（4）然后通过梯度调节氮气及碳氢气体的组分，其中氮气通入流量通过梯度降至50-150sccm，碳氢气体的通入流量通过梯度增至50-200sccm，后稳定沉积，沉积≤2um的金属碳氮化物；
（5）然后通过梯度调节氮气及碳氢气体的组分，其中氮气梯度降至0sccm，碳氢气体的通入流量通过梯度增至200-400sccm，后稳定沉积，同时调节偏压降至80-40v，沉积≤2um的金属碳化物；
（6）随后关闭碳氢气体，开启对称狭缝磁控溅射阴极组件，电流大小10-30A，利用电子汇聚，高能离化碳粒子，溢出的碳粒子在偏压的作用下，沉积到待镀基体表面，梯度调节磁控溅射金属靶电流降至10-15A，沉积≤1um厚度的梯度掺杂金属的掺杂金属类金刚石层，使用稳定的磁控溅射金属靶功率制备稳定组分掺杂金属类金刚石涂层。
10.根据权利要求9所述的掺杂金属类金刚石涂层的沉积工艺，其特征在于： 所述碳氢气体是由含有碳原子及氢原子组成的烷类、炔类、烯类气体。
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