CN111349900A - 一种绝缘耐磨涂层及其制作方法 - Google Patents

一种绝缘耐磨涂层及其制作方法 Download PDF

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Abstract

一种绝缘耐磨涂层及其制作方法，该涂层包括在基底材料表面由内至外依次沉积的Si层、第一SiC层、第二SiC层、DLC(类金刚石薄膜)层和C层，所述第一SiC层为用于与所述Si层附着的过渡层，所述第二SiC层为用于附着连接所述第一SiC层与所述DLC层的过渡层，所述第二SiC层比所述第一SiC层更厚，比所述第一SiC层的颜色更深，更接近所述DLC层的颜色。相比现有技术，本发明能够大大提升涂层的绝缘性，可有效满足涂层高绝缘性兼高硬度要求。

Description

一种绝缘耐磨涂层及其制作方法
技术领域
本发明涉及涂层的制作工艺，特别是一种绝缘耐磨涂层及其制作方法。
背景技术
磁控溅射可用于涂层制作。磁控溅射镀膜，是在被溅射的靶极(阴极)与阳极之间加一个正交磁场和电场，在高真空室中充入所需要的惰性气体(通常为Ar气)，永久磁铁在靶材料表面形成250～350高斯的磁场，同高压电场组成正交电磁场。在电场的作用下，Ar气电离成正离子和电子，靶上加有一定的负高压，从靶极发出的电子受磁场的作用与工作气体的电离几率增大，在阴极附近形成高密度的等离子体，Ar离子在洛仑兹力的作用下加速飞向靶面，以很高的速度轰击靶面，使靶上被溅射出来的原子遵循动量转换原理以较高的动能脱离靶面飞向基片淀积成膜。
传统技术采用钛铝氧氮涂层、氧化钛、氧化硅涂层等形成的蓝色涂层，在绝缘性能与耐磨性能上无法满足较高的需求。如何提高涂层的绝缘性能与耐磨性能，是现有技术面临的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种绝缘耐磨涂层及其制作方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种绝缘耐磨涂层制作方法，包括在基底材料表面由内至外依次沉积的Si层、第一SiC层、第二SiC层、DLC(类金刚石薄膜)层和C层，所述第一SiC层为用于与所述Si层附着的过渡层，所述第二SiC层为用于附着连接所述第一SiC层与所述DLC层的过渡层，所述第二SiC层比所述第一SiC层更厚，比所述第一SiC层的颜色更深，更接近所述DLC层的颜色。
一种绝缘耐磨涂层的制作方法，采用磁控溅射方法沉积涂层，包括以下步骤：
A1、在基底材料表面沉积纯Si层；
A2、在所述Si层上沉积第一SiC层；
A3、在所述第一SiC层上沉积第二SiC层；
A4、在所述第二SiC层上沉积DLC层；
A5、在所述DLC层上沉积C层；
其中，使所述第二SiC层比所述第一SiC层更厚，比所述第一SiC层的颜色更深，更接近所述DLC层的颜色。
进一步地：
步骤A1中，通入Ar气，使气压达到0.25～0.36Pa，偏压设定-50～-100V，开启Si靶，靶电流为15-20A，沉积纯Si层。
步骤A2中，通入C2H2气，C2H2量从40sccm递增到100sccm，气压为0.30～0.40Pa，开启Si靶，靶电流为18-25A，沉积第一SiC层15-30分钟。
步骤A3中，通入C2H2气，C2H2量从100sccm递增到160sccm，气压为0.3～0.40.45Pa，开启Si靶，靶电流18～25A，沉积第二SiC层30～40分钟。
步骤A4中，关闭Si靶，通入Ar气、C2H2气，Ar量370sccm，C2H2量180sccm，偏压设定-1000～-1400V，同时使真空度达到1.0-1.5Pa，沉积DLC层60-80分钟。
步骤A5中，偏压设置-100～-200，通入Ar量200sccm，通入C2H2量20 25sccm，开启C靶，电流调到12-18A，沉积C层15-30分钟。
在步骤A1之前还包括以下步骤：
使本底真空度达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-500～-800V，辉光清洗1～3圈。
在通入Ar气进行镀膜之前，对基底材料超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度150-200℃。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种绝缘耐磨涂层及其制作方法，该绝缘耐磨涂层采用纯Si层作为底层，在厚度和颜色深度上自下而上递增的两层半导体材料SiC层作为过渡层，DLC(类金刚石薄膜)层作为中间功能层，最外层以C层进行颜色的覆盖，本发明的涂层中Si/SiC/DLC/C膜层结构具有很好的绝缘性，而中间一层DLC可实现高硬度，本发明涂层不仅实现了膜层与基材较好的结合力，而且满足高耐磨性、高绝缘性的性能要求。经本发明实施例的测试验证，每层膜层绝缘性好(电阻值均大于105欧)、耐磨超过10000次，对基材附着力强，并且具备高硬度。
相比现有技术，本发明能够大大提升涂层的绝缘性，可有效满足涂层高绝缘性兼高硬度要求，涂层可以形成蓝黑色。且本发明制作工艺成本更低，工艺操作更简单。本发明尤其适于(但不限于)手机等通讯设备的涂层应用。
附图说明
图1为现有的普通涂层经受钢丝绒10000次摩擦后产生严重划伤的外观图；
图2为本发明实施例的涂层经受钢丝绒10000次摩擦后的外观图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路/信号连通作用。
需要理解的是，“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在一种实施例中，一种绝缘耐磨涂层制作方法，包括在基底材料表面由内至外依次沉积的Si层、第一SiC层、第二SiC层、DLC(类金刚石薄膜)层和C层，所述第一SiC层为用于与所述Si层附着的过渡层，所述第二SiC层为用于附着连接所述第一SiC层与所述DLC层的过渡层，所述第二SiC层比所述第一SiC层更厚，比所述第一SiC层的颜色更深，更接近所述DLC层的颜色。
在另一种实施例中，一种绝缘耐磨涂层的制作方法，采用磁控溅射方法沉积涂层，包括以下步骤：
A1、在基底材料表面沉积纯Si层；
A2、在所述Si层上沉积第一SiC层；
A3、在所述第一SiC层上沉积第二SiC层；
A4、在所述第二SiC层上沉积DLC层；
A5、在所述DLC层上沉积C层；
其中，使所述第二SiC层比所述第一SiC层更厚，比所述第一SiC层的颜色更深，更接近所述DLC层的颜色。
在优选的实施例中，步骤A1中，通入Ar气，使气压达到0.25～0.36Pa，偏压设定-50～-100V，开启Si靶，靶电流为15-20A，沉积纯Si层。
在优选的实施例中，步骤A2中，通入C2H2气，C2H2量从40sccm递增到100sccm，气压为0.30～0.40Pa，开启Si靶，靶电流为18-25A，沉积第一SiC层15-30分钟。
在优选的实施例中，步骤A3中，通入C2H2气，C2H2量从100sccm递增到160sccm，气压为0.3～0.4 0.45Pa，开启Si靶，靶电流18～25A，沉积第二SiC层30～40分钟。
在优选的实施例中，步骤A4中，关闭Si靶，通入Ar气、C2H2气，Ar量370sccm，C2H2量180sccm，偏压设定-1000～-1400V，同时使真空度达到1.0-1.5Pa，沉积DLC层60-80分钟。
在优选的实施例中，步骤A5中，偏压设置-100～-200，通入Ar量200sccm，通入C2H2量20 25sccm，开启C靶，电流调到12-18A，沉积C层15-30分钟。
在优选的实施例中，在步骤A1之前，使本底真空度达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-500～-800V，辉光清洗1～3圈。
在优选的实施例中，在通入Ar气进行镀膜之前，对基底材料超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度150-200℃。
根据本发明的实施例，该绝缘耐磨涂层采用纯Si层作为底层，在厚度和颜色深度上自下而上递增的两层半导体材料SiC层作为过渡层，DLC(类金刚石薄膜)层作为中间功能层，最外层以C层进行颜色的覆盖，本发明的涂层中Si/SiC/DLC/C膜层结构具有很好的绝缘性，而中间一层DLC可实现高硬度，本发明涂层不仅实现了膜层与基材较好的结合力，而且满足高耐磨性、高绝缘性的性能要求。经本发明实施例的测试验证，每层膜层绝缘性好(电阻值不低于10万欧)、耐磨超过10000次，对基材附着力强，并且具备高硬度。相比现有技术，本发明能够大大提升涂层的绝缘性，可有效满足涂层高绝缘性兼高硬度要求。且本发明制作工艺成本更低，工艺操作更简单。本发明尤其适于(但不限于)手机等通讯设备的涂层应用。
以下进一步描述本发明的具体实施例。
实施例1
靶材配置包括一对Si靶、一对C靶，其中C靶加装屏蔽罩，防止前面镀膜过程中被污染。
制作绝缘涂层的方法包括下列步骤：
1，基底材料经超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度150-200℃，并且关闭C靶屏蔽罩。
2，本底真空达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-500～-800V，辉光清洗1～3圈。
3，调整Ar气进气量，使气压达到0.25～0.36Pa，偏压设定-50～-100V，开启中频镀膜电源电流沉积纯Si层，硅靶电流为15-20A。
4，通入乙炔气，C2H2量从40sccm递增到100sccm，气压为0.30～0.40Pa，开启Si靶，硅靶电流为18-25A，沉积SiC层15-30分钟。此SiC层主要作为过渡层，颜色较浅，与底层附着力好，用来连接底层与后一SiC层。
5，通入C2H2气，C2H2量从100sccm递增到160sccm气压为0.3～0.4Pa，开启Si靶，靶电流Si＝18～25A沉积SiC层30～40分钟。此SiC层为过渡层，厚度较厚，颜色深，与下层DLC颜色接近，可以很好的与上下层相附着。
6，关闭Si靶，通入Ar、C2H2，Ar量370sccm、C2H2量180sccm，偏压设定-1000～-1400V，同时关闭高阀1、2使真空度达到1.0-1.5Pa，沉积DLC膜60-80分钟。此DLC层为功能层，硬度高、耐磨耐刮伤性能好。
7，偏压设置-100～-200，打开C靶屏蔽罩，通入Ar量200sccm，通入C2H2量20sccm，打开C靶，电流调到12-18A，沉积C15-30分钟，结束镀膜。
实施例2
1，基底材料经超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度150-200℃，并且关闭C靶屏蔽罩。
2，本底真空达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-500V，辉光清洗1～3圈。
3，调整Ar气进气量，使气压达到0.25～0.36Pa，偏压设定-50～-100V，开启中频镀膜电源电流沉积纯Si层，硅靶电流为15A。
4，通入乙炔气气压为0.30～0.40Pa，开启Si靶，硅靶电流为20A，沉积SiC层20分钟。
5，通入C2H2气，调整气压为0.3～0.45Pa，开启Si靶，靶电流Si＝18A沉积SiC层30分钟。
6，关闭Si靶，通入Ar、C2H2偏压设定-1000V，同时关闭高阀，使真空度达到1.0Pa，沉积DLC膜65分钟
7，偏压设置-100～-200，打开C靶屏蔽罩，通入Ar量200sccm，通入C2H2量20sccm，打开C靶，电流调到15A，沉积C20分钟，结束镀膜。
实施例3
1，基底材料经超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度150-200℃，并且关闭C靶屏蔽罩。
2，本底真空达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-600V，辉光清洗1～3圈。
3，调整Ar气进气量，使气压达到0.25～0.36Pa，偏压设定-50～-100V，开启中频镀膜电源电流沉积纯Si层，硅靶电流为18A。
4，通入乙炔气气压为0.30～0.40Pa，开启Si靶，硅靶电流为20A，沉积SiC层25分钟。
5，通入C2H2气，调整气压为0.3～0.4Pa，开启Si靶，靶电流Si＝20A沉积SiC层30分钟。
6，关闭Si靶，通入Ar、C2H2偏压设定-1200V，同时关闭高阀，使真空度达到1.2Pa，沉积DLC膜70分钟
7，偏压设置-100～-200，打开C靶屏蔽罩，通入Ar量200sccm，通入C2H2量25sccm，打开C靶，电流调到15A，沉积C 25分钟，结束镀膜。
实施例4
1，基底材料经超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度150-200℃，并且关闭C靶屏蔽罩。
2，本底真空达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-700V，辉光清洗1～3圈。
3，调整Ar气进气量，使气压达到0.25～0.36Pa，偏压设定-50～-100V，开启中频镀膜电源电流沉积纯Si层，硅靶电流为15A。
4，通入乙炔气气压为0.30～0.40Pa，开启Si靶，硅靶电流为22A，沉积SiC层15分钟。
5，通入C2H2气，调整气压为0.3～0.4Pa，开启Si靶，靶电流Si＝25A沉积SiC层40分钟。
6，关闭Si靶，通入Ar、C2H2偏压设定-1200V，同时关闭高阀，使真空度达到1.5Pa，沉积DLC膜80分钟
7，偏压设置-100～-200，打开C靶屏蔽罩，通入Ar量200sccm，通入C2H2量20sccm，打开C靶，电流调到15A，沉积C 22分钟，结束镀膜。
经实验测试，本发明实施例的绝缘涂层的每层膜层都具有较高的电阻，电阻值均大于105欧。对各实施例的膜层测得的电阻等级如表1所示。
表1
Figure BDA0002296569110000071
Figure BDA0002296569110000081
相比于现有的普通涂层，本发明实施例得到的蓝黑色涂层耐摩擦、耐振动性能优秀。如图2所示，本发明实施例1的涂层经受钢丝绒10000次摩擦才产生轻微划痕，其他实施例的涂层经受钢丝绒10000次摩擦产生的划痕情况与实施例1相似；而现有的普通蓝色涂层只能经受钢丝绒1000次的摩擦，其经钢丝绒10000次摩擦的情况如图1所示，产生了严重划伤。
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不是由其他人描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims (9)

1.一种绝缘耐磨涂层，其特征在于，包括在基底材料表面由内至外依次沉积的Si层、第一SiC层、第二SiC层、DLC(类金刚石薄膜)层和C层，所述第一SiC层为用于与所述Si层附着的过渡层，所述第二SiC层为用于附着连接所述第一SiC层与所述DLC层的过渡层，所述第二SiC层比所述第一SiC层更厚，比所述第一SiC层的颜色更深，更接近所述DLC层的颜色。
2.一种绝缘耐磨涂层的制作方法，采用磁控溅射方法沉积涂层，其特征在于，包括以下步骤：
A1、在基底材料表面沉积纯Si层；
A2、在所述Si层上沉积第一SiC层；
A3、在所述第一SiC层上沉积第二SiC层；
A4、在所述第二SiC层上沉积DLC层；
A5、在所述DLC层上沉积C层；
其中，使所述第二SiC层比所述第一SiC层更厚，比所述第一SiC层的颜色更深，更接近所述DLC层的颜色。
3.如权利要求2所述的绝缘耐磨涂层的制作方法，其特征在于，步骤A1中，通入Ar气，使气压达到0.25～0.36Pa，偏压设定-50～-100V，开启Si靶，靶电流为15-20A，沉积纯Si层。
4.如权利要求2或3所述的绝缘耐磨涂层的制作方法，其特征在于，步骤A2中，通入C2H2气，C2H2量从40sccm递增到100sccm，气压为0.30～0.40Pa，开启Si靶，靶电流为18-25A，沉积第一SiC层15-30分钟。
5.如权利要求2至4任一项所述的绝缘耐磨涂层的制作方法，其特征在于，步骤A3中，通入C2H2气，C2H2量从100sccm递增到160sccm，气压为0.3～0.4 0.45Pa，开启Si靶，靶电流18～25A，沉积第二SiC层30～40分钟。
6.如权利要求2至5任一项所述的绝缘耐磨涂层的制作方法，其特征在于，步骤A4中，关闭Si靶，通入Ar气、C2H2气，Ar量370sccm，C2H2量180sccm，偏压设定-1000～-1400V，同时使真空度达到1.0-1.5Pa，沉积DLC层60-80分钟。
7.如权利要求2至6任一项所述的绝缘耐磨涂层的制作方法，其特征在于，步骤A5中，偏压设置-100～-200，通入Ar量200sccm，通入C2H2量20-25sccm，开启C靶，电流调到12-18A，沉积C层15-30分钟。
8.如权利要求2至7任一项所述的绝缘耐磨涂层的制作方法，其特征在于，在步骤A1之前还包括以下步骤：
使本底真空度达到6.0*10-3～8.0*10-3Pa，通入Ar气，使气压达到0.1～0.2pa，偏压-500～-800V，辉光清洗1～3圈。
9.如权利要求2至8任一项所述的绝缘耐磨涂层的制作方法，其特征在于，在通入Ar气进行镀膜之前，对基底材料超声清洗，在镀膜室中加热抽真空，保温温度150-200℃。
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