CN1093213A - 制备类金刚石复合振膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制备沉积有类金刚石膜层的复 合声学振膜的方法。其特征在于将被沉积金属基体 置于环形夹具中，并在真空室中作为负放电电极。运 用含碳气体的直流辉光放电法进行类金刚石膜的沉 积，它可在平板形，球冠形或其它复杂形状的多种基 体材料表面进行单面或两面同时沉积出类金刚石膜 形成复合振膜。因此，它可以平衡应力，提高复合膜 的整体刚性，消除应力变形，提高沉积效率，改善了声 器件的频响曲线。

Description

本发明涉及一种制备沉积有类金刚石膜层的复合声学振膜的方法。

振膜是传声器、扬声器及耳机等声学器件的关键组成部分：声再现器件如扬声器和耳机，要求振膜作活塞振动，以真实完全地把电信号转变成声信号：只有振膜材料具有高刚性和低密度，即较高的传声速度时，才能减少振膜的分割振动，使器件的频响曲线光滑，减少失真度，改进器件的频率响应性能。

从振膜材料的物理化学性质可以看出：类金刚石具有极高的弹性模量及较低的密度，其声速高达18.2km/s。同时它还具有适宜的声阻尼特性，是极好的高频声振膜材料。将类金刚石薄层沉积在铝、钛、铍等金属或镀有导电层的其它材料振膜的表面上，构成类金刚石复合高频振膜，具有极好的高频响应性能。采用这种复合高频振膜构成的声再现系统如扬声器及耳机将大大改善音响设备的放音音质，提高设备的整体性能。

目前，在金属基体表面上沉积类金刚石的技术主要有以下几种：射频辉光放电法、溅射沉积法、激光诱导法以及离子束沉积法。其中以L.holland和S.M.Ojha提出的射频辉光放电法（Thin    Solid    Filns，38（1976）L17-L19）较为成熟，应用较为广泛。该技术采用频率为13.56MHz的射频电源，利用附着在电容偶合电极表面的被沉积基体上感生直流电势进行沉积。但是，该法仍然存在着许多不足之处，首先被沉积基体的引入，可能改变设备固有的电匹配关系，影响射频电场及直流电场的分布，造成沉积膜的不均一性。

电容偶合式射频电极的结构，决定了该法在一次沉积过程中，仅能在被沉积基体的一个表面上沉积出类金钢石膜。膜层与被沉积基体间的应力难以彻底消除，引起复合膜的应力变形，造成不利影响。

本发明的目的在于提出一种利用环形夹具，并以直流辉光放电技术在导电材料表面上沉积类金刚石膜的方法，从而可以在被沉积基体的两个表面上同时沉积类金刚石膜。

本发明的技术原理在于：在低真空条件下使含碳气体在直流辉光放电区中分解产生正、负离子。其中正碳离子在直流电场作用下，向处于负直流电势的被沉积基体移动，并在被沉积基体表面上沉积，形成具有类金钢石层的复合振膜。

本发明所采用的环形夹具，它可以采用环形形状，也可以采用其他形状。因此，对平板形、球冠形及其它复杂形状的基体具有相同的沉积效果。环形夹具结构可以完成单面沉积或双面同时沉积。

双面同时沉积，可以提高沉积效率，缩短沉积时间，降低产品成本，平衡膜层应力，避免复合膜的应力变形。而且由于类金刚石膜对基体产生双面压应力，所以双面沉积还可以提高复合膜的整体刚性。

实现本发明所采用的技术方案，是在一个由真空钟罩（1）与底盘（2）合成的真空室中，将被沉积基体（3）安装在环形夹具（4）中构成放电电极。环形夹具（4）的作用是保持薄膜状被沉积基体的形状及在真空室中的位置，并易于与高压直流电源（5）相连接，如果被沉积基体能够保持自己的形状，可以不用环形夹具（4）直接以被沉积基体（3）作为放电电极。

直流高压电源（5）的负极通过与真空室绝缘的导体（6）和放电电极相连，直流高压电源（5）的正极通过导体（7）与辅助电极（8）相连并接地。真空室通过安装在底盘（2）上的排气孔（9）抽真空，工作气体通过进气孔（10）引入，真空室的压强由真空规（11）测量。

被沉积基体（3）的形状可以是平板形，球冠形或其它复杂形状，材质可以是铝、铝合金、钛、铍等导电材料或表面镀有导电层的非金属材料。被沉积基体（3）在沉积前需对表面进行清洗，以除去表面的油脂、灰尘等污染物。待其干燥后固定在环形夹具（4）上。

若进行双面同时沉积，只需装一个被沉积基体;若进行单面沉积，可用绝缘挡板遮挡被沉积基体（3）的一个表面、或者同时装入两个相对的被沉积基体（3）。

装好被沉积基体的放电电极安置在真空室内的辅助电极之间。对真空室抽真空到0.1Pa。通过气体导入管（10）引入工作气体。工作气体可以是甲烷、乙烷、丁烷、乙炔、乙醚、乙醇、苯、甲苯等含碳气体或可低压气化的含碳液体，也可以是上述气体与氩、氢等非含碳气体的混合气体。

首先使真空室压强在3-10Pa范围内恒定。接通直流高压电源（5）使电极组件（3）（4）处于负电势，即被沉积基体或环形夹具（4）和被沉积基体（3）构成负放电电极。并对被沉积基体（3）进行离子轰击清洗。随被沉积基体（3）材质的不同，清洗电压在2000-3000V间，清洗时间在5-10分钟。

清洗完毕后，关闭直流高压电源（5）。控制真空室内压强在10-50Pa间恒定，接通高压直流电源（5）。根据不同的被沉积基体（3）的材质及工作气体，沉积电压在负的800-1600V间开始沉积。在沉积期间，保持沉积电压及真空室气压恒定。沉积速度随不同沉积条件为0.2-1.5微米/小时。类金刚石膜的厚度可利用沉积时间进行控制。

根据不同类型的声学器件要求，复合振膜上沉积夹金刚石膜的范围为10-120毫米直径，复合振膜上类金刚石膜的厚度范围为0.5-20微米。

本发明可以平衡应力，提高复合膜的整体刚性，消除应力变形，提高沉积效率，改善了声器件的频响曲线。

图1是本发明的制膜设备示意图。图中：（1）是真空钟罩，（2）是底盘，（3）是被沉积基体，（4）是环形夹具，（5）是高压直流电源，（6）是导体，（7）是导体，（8）是辅助电极，（9）是排气孔，（10）是进气孔，（11）是真空测量规。

图2是由本发明制作的类金刚石-铝合金复合振膜的高频扬声器的频响对比曲线，其中A为未沉积类金刚石膜的铝合金振膜和B为沉积类金刚石膜后的复合振膜的频响曲线。

本发明的一个具体实施例在于：将一个厚度为40微米，球冠部分直径为44毫米，高度为10毫米的球冠形被沉积铝合金振膜，用螺钉固定在两个外径为86毫米，内径为70毫米，厚度为6毫米的环形夹具（4）中间，构成放电电极。放电电极与直流高压电源负极相连并位于两个与直流高压电源正极相连并接地的辅助电极之间，电极间距为100毫米。

抽预真空到0.1Pa后，引入工作气体甲烷，在电压-2000V，气压6Pa下，进行离子轰击清洗10分钟。

进行双面同时沉积，沉积电压是-1200V，沉积气压是20Pa，在此条件下的沉积速度为1微米/小时，沉积时间是3小时。

将在上述条件下制备出的类金刚石-铝合金复合振膜装入高频扬声器。该扬声器振膜沉积类金钢石膜前后的频响曲线对比，沉积后的类金刚石膜，其性能有了显著的改善。同时表明：沉积上类金刚石膜后，减弱了原铝合金振膜的分割振动，使5-20KH₂间的频响曲线拉平，输出提高了2-3dB，使器件的高频响应性能得到改善。

Claims (6)

1、在导电基体表面上沉积类金刚石层的方法，其特征在于它采取以下步骤：

a.将被沉积的基体安装在环形夹具(4)中；

b.把装有被沉积基体的夹具安置在真空室内的辅助电极(8)之间；

c.对真空室抽真空到0.1Pa；

d.通过气体导入管(10)引入工作气体；

e.控制真空室压强在3-10Pa范围内恒定；

f.接通直流高压电源(5)，使电极组件(3)、(4)处于负电势，作为负放电电极；

g.在2000-3000V电压范围内，对被沉积基体轰击清洗5-10分钟；

h.关闭直流高压电源(5)，并控制真空室内压强在10-50Pa间恒定；

i.接通直流高压电源(5)，并控制电压在800-1600V开始沉积，当沉积的厚度达到预定值时，关闭电源(5)。

2、按照权利要求1所说的方法，其特征在于所说的工作气体是指甲烷、乙烷、丁烷、乙炔、乙醚、乙醇、丙酮苯、甲苯等含碳气体或可低压气化含碳液体，也可以是上述物质与氢、氩等非含碳气体的混合气体作为工作气体。

3、按照权利要求1所说的方法，其特征在于所说的负电势是指由被沉积基体（3）或环形夹具（4）和被沉积基体（3）构成负放电电极，使用被沉积基体或环形夹具及被沉积基体构成的负放电电极。

4、按照权利要求1，2和3所说的方法，其特征在于所说的被沉积基体，其形状可以是平板形，球冠形或其它复杂形状，其材质可以是铝、铝合金、钛、铍等金属材料或表面镀有导电层的非金属材料。

5、按照权利要求1，2，3和4所说的方法，其特征在于所说的基体可进行单面沉积或双面同时沉积形成复合振膜;

6、按照权利要求5所说的方法，其特征在于所说的振膜（类金刚石膜），其厚度范围可以是0.5-20微米范围。

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