CN113278929A - 一种多层导电纳米涂层及其生产工艺 - Google Patents
一种多层导电纳米涂层及其生产工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113278929A CN113278929A CN202110593802.8A CN202110593802A CN113278929A CN 113278929 A CN113278929 A CN 113278929A CN 202110593802 A CN202110593802 A CN 202110593802A CN 113278929 A CN113278929 A CN 113278929A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- film layer
- power supply
- percent
- film
- sputtering
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 31
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 31
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 28
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 27
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 claims description 23
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 14
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 95
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 16
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 5
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 5
- 230000037452 priming Effects 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000013043 chemical agent Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
- C23C14/325—Electric arc evaporation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
- C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
- C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3435—Applying energy to the substrate during sputtering
- C23C14/345—Applying energy to the substrate during sputtering using substrate bias
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
- C23C14/352—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering using more than one target
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多层导电纳米涂层及其生产工艺，包括由内至外依次布置的A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7膜层，其中A1膜层和A4膜层的元素组成包括Cr，A2膜层和A5膜层的元素组成包括Cr和Ni，A3膜层和A6膜层的元素组成包括Cu，A7膜层的元素组成包括Ag，A1膜层和A4膜层采用纯离子镀膜法制备得到，A2膜层、A3膜层、A5膜层、A6膜层和A7膜层采用磁控溅射法制备得到。本发明提供的金属纳米涂层，兼具导电性好、耐腐蚀、膜基结合力高和耐磨性能好的优异特性。
Description
技术领域
本发明涉及纳米涂层生产领域，具体涉及一种多层导电纳米涂层及其生产工艺。
背景技术
工业上经常会遇到在不改变原有零部件材料的前提下改善导电性能，为了提高材料的导电性或使绝缘材料表面导电，通常在其表面制备一层导电性良好的金属层。传统制备的方法是使用电镀、化学镀等方法在材料表面镀Al、Cu、Ag、Au等，厚度几微米到几百微米。众所周知，电镀化学镀产生的废液对环境污染严重，另外技术层面还存在如下缺点：
1、膜层的纯度低，容易受到污染。电镀、化学镀的整个过程都是在溶液中进行的，在镀膜过程中溶液中往往会掺杂着许多的其他元素，如Fe、Si、P、N等，使得被镀膜层不纯净，达不到良好的导电效果。
2、膜层内部缺陷较多，电镀、化学镀膜层在生长过程中往往会夹杂一定量的微孔，膜层的致密度下降，对于膜层后续的导电性和耐磨性能均产生一定的影响。
3、膜层与基体材料的结合力较差，由于电镀、化学镀在正式成膜前表面容易受到污染，且工艺本身的特点受限，膜层与基体材料的结合力较差。
4、绝缘材料表面镀膜困难，和真空镀膜原理类似，电镀时工件表面通常会施加负偏压吸引电镀液中的阳离子成膜，由于绝缘材料表面不导电，加载的负偏压并不能施加在工件上，因此，电镀的方法在绝缘材料上基本不能成膜，化学镀是通过化学药剂本身的反应在工件表面成膜，对于绝缘材料成膜也比较困难。
5、无法实现多层不同结构的叠加，受工艺条件的限制，一般配制好的溶液只能含有同一种金属元素或几种金属元素的复合溶液，对于想制备多层结构的膜层，湿式的电镀化学镀方法基本上无法实现。
因此，有必要针对上述问题进行解决，提供一种可以在金属和绝缘材料表面制备导电性好、耐腐蚀、膜基结合力高、耐磨性能好的纳米涂层的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种多层导电纳米涂层，其方案如下：
一种多层导电纳米涂层，其特征在于：包括由内至外依次布置的A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7膜层，其中A1膜层和A4膜层的元素组成包括Cr，A2膜层和A5膜层的元素组成包括Cr和Ni，A3膜层和A6膜层的元素组成包括Cu，A7膜层的元素组成包括Ag，A1膜层和A4膜层采用纯离子镀膜法制备得到，A2膜层、A3膜层、A5膜层、A6膜层和A7膜层采用磁控溅射法制备得到。
具体的：
A1膜层的厚度为0.05-0.4μm，A2膜层和A5膜层的厚度为0.1-0.5μm，A3膜层和A6膜层的厚度为0.2-0.8μm，A7膜层的厚度为0.5-2μm。
A1膜层中元素组成和原子占比为：Cr:95%-99%、N:0.5%-3%、O:0.5%-2%；
A2膜层中元素组成和原子占比为：Ni:74%-84%、Cr:14%-24%、N:0%-1%、O:0%-1%；
A3膜层中元素组成和原子占比为：Cu:98%-99%、N:0.5%-1%、O: 0.5%-1%；
A4膜层中元素组成和原子占比为：Cr:98%-99.5%、N:0.25%-1%、O: 0.25%-1%；
A5膜层中元素组成和原子占比为：Ni:74.5%-84.5%、Cr:14.5%-24.5%、N:0%-0.5%、O: 0%-0.5%；
A6膜层中元素组成和原子占比为：Cu:98%-99%、N:0.5%-1%、O: 0.5%-1%；
A7膜层中元素组成和原子占比为：Ag:99%-99.5%、N:0.25%-0.5%、O: 0.25%-0.5%。
本发明还提供了一种多层导电纳米涂层的生产工艺，包括如下操作：
将清洁后的基体装配在真空腔室内的夹具上，对真空腔室进行抽真空并对镀膜设备进行除杂处理，打开磁过滤弯管上PIC过滤挡板，开启PIC弧电源，采用PIC-Cr靶在基体上制备A1膜层，A1膜层制备好后，关闭PIC过滤挡板，从NiCr溅射靶进气口充入Ar，开启NiCr靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A2膜层，A2膜层制备好后，关闭磁控溅射NiCr靶，从Cu溅射靶进气口充入Ar，开启Cu靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A3膜层，A3膜层制备好后，关闭磁控溅射Cu靶，打开PIC过滤挡板，开启PIC弧电源，采用PIC-Cr靶在基体上制备A4膜层，A4膜层制备好后，关闭PIC过滤挡板，从NiCr溅射靶进气口充入Ar，开启NiCr靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A5膜层，A5膜层制备好后，关闭磁控溅射NiCr靶，从Cu溅射靶进气口充入Ar，开启Cu靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A6膜层，A6膜层制备好后，关闭磁控溅射Cu靶，开启Ag靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A7膜层。
具体的：制备A1膜层时，真空腔室内的气压低于3×10-3 Pa，温度为100-150℃，设置弧电流50-130A，过滤器电流5-20A，阳极电流5-20A，时间400-3200s；
制备A4膜层时，真空腔室内的气压低于1.5×10-3 Pa，温度为100-150℃，设置弧电流90-120A，过滤器电流5-20A，阳极电流5-20A，时间400-3200s。
制备A2膜层时，保持真空腔室温度为100-150℃，真空腔室内的气压低于2×10-3Pa时，从NiCr溅射靶进气口充入100-500sccmAr，保持真空腔室的真空度在2×10-1Pa，溅射电源采用恒流模式，电流1-10A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：50-500V，工件偏流：0.2-2A；
制备A5膜层时，保持腔室温度100-150℃，真空腔室内的气压低于1.5×10-3 Pa，从NiCr溅射靶进气口充入100-500sccmAr，保持真空腔室的真空度在2×10-1Pa，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-300V，工件偏流：0.2-1.5A。
制备A3膜层和A6膜层时，保持真空腔室温度为100-150℃，真空腔室内的气压低于1.5×10-3 Pa，从Cu溅射靶进气口充入100-500sccmAr，保持真空腔室的真空度在2×10- 1Pa，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-300V，工件偏流：0.2-1.5A。
制备A7膜层时，保持真空腔室温度为100-150℃，真空腔室内的气压低于1.5×10-3Pa，从Ag溅射靶进气口充入100-500sccmAr，保持真空腔室的真空度在2×10-1Pa，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-200V，工件偏流：0.2-1A。
除杂处理包括：开启真空腔室加热器、磁过滤电源，加热温度设置120-200℃，真空腔室加热1-5h；
保持加热120-200℃，当气压低于5×10-2Pa时，关闭磁过滤弯管上PIC过滤挡板，开启PIC弧电源，设置弧电流50-200A，过滤器电流5-20A，阳极电流5-20A，开始纯离子镀膜源的预热程序，时间500-3000s。
除杂处理还包括：将真空腔室的加热温度调整至150℃，当真空腔室抽至1×10-2Pa以下时，从离子源进气口充入20-200sccmAr，真空度保持在4×10-2 Pa -4×10-1 Pa，开启离子源电源和偏压电源，离子源电压：500-3000V，离子源电流：0.1-2A，工件偏压：50-1500V，工件偏流：0.1-0.5A，刻蚀清洗时间：0.5-5h。
本发明提供的上述技术方案，利用纯离子镀膜PIC技术打底制备A1膜层，大颗粒被过滤，沉积的膜层更加细腻更少的缺陷，良好的打底层可以提高膜层的结合力，高纯度的Cr材料具有良好的导电性能。
使用磁控溅射法制备A2膜层，涂层中大量的Ni可以显著提高耐腐蚀性能，含有的Cr与A1膜层中的Cr为同种元素，具有较好的亲和度，可以保证结合力。为了提高膜层的导电性且实现多层结构，通过磁控溅射法在膜层中溅射沉积了一层由Cu组成的A3膜层，Cu的导电性仅次于Ag，具有极好的导电性能，且具有一定的防腐性，多层结构有助于释放涂层的应力，提高膜层的综合性能。A4、A5、A6膜层的设置，在对膜层的导电性影响不明显的情况下，引入多层结构有助于释放涂层的应力，提高膜层的综合性能。Ag是所有金属中电导率最高的导体，通过磁控溅射法在涂层的最外层制备一层0.5-2μm高纯度的Ag组成的A7膜层，在结合力良好的前提下可以显著提高导电性能。
本发明提供的金属纳米涂层，兼具导电性好、耐腐蚀、膜基结合力高和耐磨性能好的优异特性。
附图说明
图1为本发明制备的产品结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
实施例1
将表面清洗后的工件（基体）装夹在专有夹具上，工件进入真空腔室后开启旋片泵和罗茨泵将真空抽6Pa以下，开启分子泵将气压抽至6×10-3Pa。开启真空腔室加热器、磁过滤电源，加热温度设置120-200℃，时间1-5h。腔室加热器主要是对腔室内壁、衬板、转架、工件上附着的水蒸气等气体分子进行脱附，磁过滤电源产生的热量可以对磁过滤弯管内壁及波纹管衬套进行烘烤除气。
保持加热120-200℃，当气压低于5×10-2Pa时，关闭磁过滤弯管的PIC过滤挡板使PIC镀膜Cr等离子体光束不进入腔室造成产品的污染。开启PIC弧电源，设置弧电流50-200A，过滤器电流5-20A，阳极电流5-20A，开始纯离子镀膜源（PIC）的预热程序，时间500-3000s。由于Cr靶材等离子体光束本身带有能量，可以对过滤弯管内壁进行加热，在过滤电源和阳极电源的辅助加热下将过滤弯管的杂气分子烘烤脱附，气体分子从过滤挡板的狭缝中进入真空腔室内，被真空泵组抽走。
将腔室的加热温度调整至150℃，当本地真空抽至1×10-2 Pa以下，从离子源进气口充入20-200sccmAr，真空度保持在4×10-2 Pa -4×10-1 Pa，开启离子源电源和偏压电源，离子源电压：500-3000V，离子源电流：0.1-2A，工件偏压：50-1500V，工件偏流：0.1-0.5A，刻蚀清洗时间：0.5-5h。使用超声波清洗只能去除工件表面的宏观污染物，对于微观的氧化层和污染物只有通过离子轰击的方法去除，从而获得超洁净的产品表面，为后续的膜基结合力奠定基础。通过在阳极层离子源的正负极板之间施加电压，Ar气通过阳极层离子源的狭缝时被电离产生辉光放电，Ar的等离子体从离子源的狭缝中射出，在工件负偏压的作用下，Ar等离子体中带正电的离子轰击工件表面，对产品表面进行刻蚀清洗，达到去除微观污染物的效果。
当腔室内的气压低至3×10-3 Pa以下，设置温度100-150℃，打开PIC过滤的挡板，开启PIC弧电源，设置弧电流50-130A，过滤器电流5-20A，阳极电流5-20A，开始纯离子镀膜源制备PIC-Cr打底层，时间400-3200s。利用纯离子镀膜PIC技术打底，大颗粒被过滤，沉积的膜层更加细腻更少的缺陷，良好的打底层可以提高膜层的结合力，高纯度的Cr材料具有良好的导电性能。
关闭PIC镀膜源，保持腔室温度100-150℃，当腔室内的气压低至2×10-3 Pa以下，从NiCr溅射靶进气口充入100-500sccmAr，真空度保持在2×10-1Pa，开启NiCr靶溅射电源和偏压电源，溅射电源采用恒流模式，电流1-10A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：50-500V，工件偏流：0.2-2A，涂层厚度0.1-0.5μm。使用磁控溅射法制备NiCr层，涂层中大量的Ni可以显著提高耐腐蚀性能，含有的Cr与打底层中的Cr为同种元素，具有较好的亲和度，可以保证结合力。
关闭磁控溅射NiCr靶，保持腔室温度100-150℃，当腔室内的气压低至1.5×10-3 Pa以下，从Cu溅射靶进气口充入100-500sccmAr，真空度保持在2×10-1Pa，开启Cu靶溅射电源和偏压电源，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-300V，工件偏流：0.2-1.5A，涂层厚度0.2-0.8μm。为了提高膜层的导电性且实现多层结构，通过磁控溅射法在膜层中溅射沉积了一层Cu，Cu的导电性仅次于Ag，具有极好的导电性能，且具有一定的防腐性，多层结构有助于释放涂层的应力，提高膜层的综合性能。
关闭磁控溅射Cu靶，当腔室内的气压低至1.5×10-3 Pa以下，设置温度100-150℃，打开PIC过滤挡板，开启PIC弧电源，设置弧电流90-120A，过滤器电流5-20A，阳极电流5-20A，开始纯离子镀膜源制备PIC-Cr打底层，时间400-3200s。在对膜层的导电性影响不明显的情况下，引入多层结构有助于释放涂层的应力，提高膜层的综合性能。
关闭PIC-Cr靶，保持腔室温度100-150℃，当腔室内的气压低至1.5×10-3 Pa以下，从NiCr溅射靶进气口充入100-500sccmAr，真空度保持在2×10-1Pa，开启NiCr靶溅射电源和偏压电源，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-300V，工件偏流：0.2-1.5A，涂层厚度0.2-0.8μm。在对膜层的导电性影响不明显的情况下，引入多层结构有助于释放涂层的应力，提高膜层的综合性能。
关闭磁控溅射NiCr靶，保持腔室温度100-150℃，当腔室内的气压低至1.5×10-3Pa以下，从Cu溅射靶进气口充入100-500sccmAr，真空度保持在2×10-1Pa，开启Cu靶溅射电源和偏压电源，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-300V，工件偏流：0.2-1.5A，涂层厚度0.2-0.8μm。
关闭磁控溅射Cu靶，保持腔室温度100-150℃，当腔室内的气压低至1×10-3 Pa以下，从Ag溅射靶进气口充入100-500sccmAr，真空度保持在2×10-1Pa，开启Ag靶溅射电源和偏压电源，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-200V，工件偏流：0.2-1A，涂层厚度0.5-2μm。Ag是所有金属中电导率最高的导体，通过磁控溅射法在涂层的最外层制备一层0.5-2μm高纯度的Ag层，在结合力良好的前提下可以显著提高导电性能。
采用扫描电镜和能谱仪对上述制备的涂层进行检测，检测结果如下：
记涂层由内至外各层分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7膜层，检测到各膜层的组成组分情况如下：
A1膜层的厚度为0.05-0.4μm，A1膜层中元素组成和原子占比为：Cr:95%-99%、N:0.5%-3%、O:0.5%-2%；
A2膜层的厚度为0.1-0.5μm，A2膜层中元素组成和原子占比为：Ni:74%-84%、Cr:14%-24%、N:0%-1%、O:0%-1%；
A3膜层的厚度为0.2-0.8μm，A3膜层中元素组成和原子占比为：Cu:98%-99%、N:0.5%-1%、O: 0.5%-1%；
A4膜层的厚度为0.05-0.4μm，A4膜层中元素组成和原子占比为：Cr:98%-99.5%、N:0.25%-1%、O: 0.25%-1%；
A5膜层的厚度为0.1-0.5μm，A5膜层中元素组成和原子占比为：Ni:74.5%-84.5%、Cr:14.5%-24.5%、N:0%-0.5%、O: 0%-0.5%；
A6膜层的厚度为0.2-0.8μm，A6膜层中元素组成和原子占比为：Cu:98%-99%、N:0.5%-1%、O: 0.5%-1%；
A7膜层的厚度为0.5-2μm，A7膜层中元素组成和原子占比为：Ag:99%-99.5%、N:0.25%-0.5%、O: 0.25%-0.5%。
取实施例1中制取的涂层总厚度为4.5um的产品和采用传统电镀方式制取的涂层厚度也为4.5um的电镀Cu和电镀Ag的产品，采用相同的方法进行检测，检测结果如表1所示：
表1 检测结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。
Claims (10)
1.一种多层导电纳米涂层，其特征在于：包括由内至外依次布置的A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7膜层，其中A1膜层和A4膜层的元素组成包括Cr，A2膜层和A5膜层的元素组成包括Cr和Ni，A3膜层和A6膜层的元素组成包括Cu，A7膜层的元素组成包括Ag，A1膜层和A4膜层采用纯离子镀膜法制备得到，A2膜层、A3膜层、A5膜层、A6膜层和A7膜层采用磁控溅射法制备得到。
2.根据权利要求1所述的多层导电纳米涂层，其特征在于：A1膜层的厚度为0.05-0.4μm，A2膜层和A5膜层的厚度为0.1-0.5μm，A3膜层和A6膜层的厚度为0.2-0.8μm，A7膜层的厚度为0.5-2μm。
3.根据权利要求1或2所述的多层导电纳米涂层，其特征在于：
A1膜层中元素组成和原子占比为：Cr:95%-99%、N:0.5%-3%、O:0.5%-2%；
A2膜层中元素组成和原子占比为：Ni:74%-84%、Cr:14%-24%、N:0%-1%、O:0%-1%；
A3膜层中元素组成和原子占比为：Cu:98%-99%、N:0.5%-1%、O: 0.5%-1%；
A4膜层中元素组成和原子占比为：Cr:98%-99.5%、N:0.25%-1%、O: 0.25%-1%；
A5膜层中元素组成和原子占比为：Ni:74.5%-84.5%、Cr:14.5%-24.5%、N:0%-0.5%、O:0%-0.5%；
A6膜层中元素组成和原子占比为：Cu:98%-99%、N:0.5%-1%、O: 0.5%-1%；
A7膜层中元素组成和原子占比为：Ag:99%-99.5%、N:0.25%-0.5%、O: 0.25%-0.5%。
4.一种权利要求1～3中任意一项所述的多层导电纳米涂层的生产工艺，其特征在于，包括如下操作：
将清洁后的基体装配在真空腔室内的夹具上，对真空腔室进行抽真空并对镀膜设备进行除杂处理，打开磁过滤弯管上PIC过滤挡板，开启PIC弧电源，采用PIC-Cr靶在基体上制备A1膜层，A1膜层制备好后，关闭PIC过滤挡板，从NiCr溅射靶进气口充入Ar，开启NiCr靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A2膜层，A2膜层制备好后，关闭磁控溅射NiCr靶，从Cu溅射靶进气口充入Ar，开启Cu靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A3膜层，A3膜层制备好后，关闭磁控溅射Cu靶，打开PIC过滤挡板，开启PIC弧电源，采用PIC-Cr靶在基体上制备A4膜层，A4膜层制备好后，关闭PIC过滤挡板，从NiCr溅射靶进气口充入Ar，开启NiCr靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A5膜层，A5膜层制备好后，关闭磁控溅射NiCr靶，从Cu溅射靶进气口充入Ar，开启Cu靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A6膜层，A6膜层制备好后，关闭磁控溅射Cu靶，开启Ag靶溅射电源和偏压电源，磁控溅射制备A7膜层。
5.根据权利要求4所述的多层导电纳米涂层的生产工艺，其特征在于，制备A1膜层时，真空腔室内的气压低于3×10-3 Pa，温度为100-150℃，设置弧电流50-130A，过滤器电流5-20A，阳极电流5-20A，时间400-3200s；
制备A4膜层时，真空腔室内的气压低于1.5×10-3 Pa，温度为100-150℃，设置弧电流90-120A，过滤器电流5-20A，阳极电流5-20A，时间400-3200s。
6.根据权利要求4所述的多层导电纳米涂层的生产工艺，其特征在于，制备A2膜层时，保持真空腔室温度为100-150℃，真空腔室内的气压低于2×10-3 Pa时，从NiCr溅射靶进气口充入100-500sccmAr，保持真空腔室的真空度在2×10-1Pa，溅射电源采用恒流模式，电流1-10A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：50-500V，工件偏流：0.2-2A；
制备A5膜层时，保持腔室温度100-150℃，真空腔室内的气压低于1.5×10-3 Pa，从NiCr溅射靶进气口充入100-500sccmAr，保持真空腔室的真空度在2×10-1Pa，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-300V，工件偏流：0.2-1.5A。
7.根据权利要求4所述的多层导电纳米涂层的生产工艺，其特征在于，制备A3膜层和A6膜层时，保持真空腔室温度为100-150℃，真空腔室内的气压低于1.5×10-3 Pa，从Cu溅射靶进气口充入100-500sccmAr，保持真空腔室的真空度在2×10-1Pa，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-300V，工件偏流：0.2-1.5A。
8.根据权利要求4所述的多层导电纳米涂层的生产工艺，其特征在于，制备A7膜层时，保持真空腔室温度为100-150℃，真空腔室内的气压低于1.5×10-3 Pa，从Ag溅射靶进气口充入100-500sccmAr，保持真空腔室的真空度在2×10-1Pa，溅射电源采用恒流模式，电流1-6A，偏压电源采用恒压模式，工件偏压：100-200V，工件偏流：0.2-1A。
9.根据权利要求4所述的多层导电纳米涂层的生产工艺，其特征在于，除杂处理包括：开启真空腔室加热器、磁过滤电源，加热温度设置120-200℃，真空腔室加热1-5h；
保持加热120-200℃，当气压低于5×10-2Pa时，关闭磁过滤弯管上PIC过滤挡板，开启PIC弧电源，设置弧电流50-200A，过滤器电流5-20A，阳极电流5-20A，开始纯离子镀膜源的预热程序，时间500-3000s。
10.根据权利要求9所述的多层导电纳米涂层的生产工艺，其特征在于，除杂处理还包括：将真空腔室的加热温度调整至150℃，当真空腔室抽至1×10-2 Pa以下时，从离子源进气口充入20-200sccmAr，真空度保持在4×10-2 Pa -4×10-1 Pa，开启离子源电源和偏压电源，离子源电压：500-3000V，离子源电流：0.1-2A，工件偏压：50-1500V，工件偏流：0.1-0.5A，刻蚀清洗时间：0.5-5h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110593802.8A CN113278929A (zh) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | 一种多层导电纳米涂层及其生产工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110593802.8A CN113278929A (zh) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | 一种多层导电纳米涂层及其生产工艺 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113278929A true CN113278929A (zh) | 2021-08-20 |
Family
ID=77282419
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110593802.8A Pending CN113278929A (zh) | 2021-05-28 | 2021-05-28 | 一种多层导电纳米涂层及其生产工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113278929A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52143979A (en) * | 1976-05-26 | 1977-11-30 | Hitachi Ltd | Evaporating vessel for image orthicon target |
| US20140327018A1 (en) * | 2012-02-27 | 2014-11-06 | Nippon Micrometal Corporation | Power semiconductor device, method of manufacturing the device and bonding wire |
| CN205024316U (zh) * | 2015-10-21 | 2016-02-10 | 安徽纯源镀膜科技有限公司 | 纯离子镀膜装置过滤器的隔灰翻板 |
| CN106222610A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-12-14 | 广东工业大学 | 一种纳米复合硬质涂层及其制备方法 |
| CN207313693U (zh) * | 2017-04-28 | 2018-05-04 | 星弧涂层新材料科技（苏州）股份有限公司 | 基于类金刚石薄膜的复合厚膜 |
| CN111101104A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-05 | 安徽纯源镀膜科技有限公司 | 一种绝缘材料表面金属化的方法 |
| CN111607772A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-01 | 北京师范大学 | 一种5g陶瓷滤波器膜层材料及其制备方法 |
| CN211445881U (zh) * | 2020-01-10 | 2020-09-08 | 安徽纯源镀膜科技有限公司 | 一种纯离子真空镀膜系统 |
-
2021
- 2021-05-28 CN CN202110593802.8A patent/CN113278929A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52143979A (en) * | 1976-05-26 | 1977-11-30 | Hitachi Ltd | Evaporating vessel for image orthicon target |
| US20140327018A1 (en) * | 2012-02-27 | 2014-11-06 | Nippon Micrometal Corporation | Power semiconductor device, method of manufacturing the device and bonding wire |
| CN205024316U (zh) * | 2015-10-21 | 2016-02-10 | 安徽纯源镀膜科技有限公司 | 纯离子镀膜装置过滤器的隔灰翻板 |
| CN106222610A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-12-14 | 广东工业大学 | 一种纳米复合硬质涂层及其制备方法 |
| CN207313693U (zh) * | 2017-04-28 | 2018-05-04 | 星弧涂层新材料科技（苏州）股份有限公司 | 基于类金刚石薄膜的复合厚膜 |
| CN111101104A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-05-05 | 安徽纯源镀膜科技有限公司 | 一种绝缘材料表面金属化的方法 |
| CN211445881U (zh) * | 2020-01-10 | 2020-09-08 | 安徽纯源镀膜科技有限公司 | 一种纯离子真空镀膜系统 |
| CN111607772A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-09-01 | 北京师范大学 | 一种5g陶瓷滤波器膜层材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 无: "纯离子镀膜技术及特点介绍", 《态锐仪器》 * |
| 杜军等: "《气相沉积薄膜强韧化技术》", 31 May 2018 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109778136B (zh) | 采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法 | |
| CN106374116A (zh) | 一种燃料电池金属双极板上的高熵合金复合涂层和工艺 | |
| CN104561910A (zh) | 一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀设备及方法 | |
| CN113061844B (zh) | 一种超硬耐高温Ta-C涂层的制备工艺 | |
| CN110098044B (zh) | 一种钕铁硼磁体表面防护的复合改性方法 | |
| CN111748789A (zh) | 一种石墨阴极弧增强辉光放电沉积纯dlc的装置及其方法 | |
| CN109280881A (zh) | 一种复合基材及其制备方法 | |
| CN102534514A (zh) | 一种多弧离子镀镀膜的方法 | |
| CN204434722U (zh) | 一种等离子体增强制备精密涂层的电弧离子镀设备 | |
| CN111763910B (zh) | 一种制备非晶钻石膜的装置和方法、一种非晶钻石膜及其复合涂层 | |
| CN113278929A (zh) | 一种多层导电纳米涂层及其生产工艺 | |
| CN102330057B (zh) | 硬质材质半导体元器件的金属钌薄膜的制备方法 | |
| CN105779965B (zh) | 一种利用粒子束调控技术制备多孔掺杂类金刚石薄膜的方法 | |
| CN111041430A (zh) | 一种耐高温类金刚石膜层的生产工艺 | |
| CN109023262A (zh) | 石墨的金属化工艺及焊接方法 | |
| CN116904938A (zh) | 一种采用双脉冲技术制备的高熵合金涂层及其方法与装置 | |
| CN115058696B (zh) | 一种Ti/Si共掺杂ta-C导电碳基薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN114855136A (zh) | 利用可变磁控靶磁场调控薄膜结构和成分的镀膜系统及镀膜方法 | |
| CN111663106A (zh) | 一种制备高遮挡基体涂层的装置 | |
| CN108441832B (zh) | 一种离心泵叶轮表面处理方法和设备 | |
| CN113403577A (zh) | 一种改善Cu基体与碳基薄膜结合力的方法 | |
| CN115058692B (zh) | 一种中子管靶的靶膜的制备方法 | |
| CN105154844B (zh) | 一种高阻片式薄膜电阻及其制备方法 | |
| CN111424243B (zh) | 一种散热涂层的制备方法 | |
| CN117488259A (zh) | 一种低粗糙度Ta-C涂层 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210820 |