CN1182807A - 涂敷硬碳膜的基底及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

揭示了一种涂敷硬碳膜的基底,其中在基底和硬碳膜之间有一中间层,该中间层主要包括从Al、Cr、Sn、Co和B以及它们的氧化物、氮化物和碳化物构成的组中选出的至少一种材料。

Description

涂敷硬碳膜的基底及其制造方法
本发明涉及一种涂敷硬碳膜的基底，它具有在基底表面上形成的硬碳膜，也涉及一种制造涂敷了硬碳膜的基底的方法。本发明还涉及一种在基底上提供硬碳膜的方法，尤其涉及一种提供保护薄膜的方法，诸如电动剃须刀内部和外部刀片、磁光盘、薄膜磁头和声表面波(SAW)器件上的保护薄膜；用于光刻法的防反射薄膜；压缩机滑动表面上的保护薄膜；或诸如太阳能电池、装饰物和光学元件结构层上的硬碳膜。
众所周知，在基底上直接形成类金刚石碳薄膜，导致类金刚石碳薄膜和基底之间的粘附性不强。为了克服此缺点，提出在类金刚石碳薄膜和基底之间插入Si中间层(例如，见182880(1990)、3-115572(1991)和1-138611(1989)号日本公开专利)。
第7-41386(1995)和7-316818(1995)号日本公开专利中揭示了在硬碳膜和基底之间提供Si、Ru或Ge构成的中间层，从而即使用主要由Ni或Al或不锈钢形成的金属或合金来构成基底(适用于电动剃须刀的刀片)时，也可改善硬碳膜和基底之间的粘附性。
如果在基底和硬碳膜(例如，类金刚石碳薄膜)之间插入上述已有技术的中间层，可显著地改善其间的粘附性和抗剥离性。然而，考虑到本领域内技术的多样性和对各种技术情况的应用性，仍旧需要也能改善基底和硬碳膜之间的粘附性和抗剥离性的其它类型的中间层。
通过溅射法和等离子体CVD法之类的气相外延法形成上述的常规中间层。这需要使中间层的厚度较大，或者，如果基底具有复杂的三维结构，则需要在形成中间层期间改变基底位置。
本发明的一个目的是提供一种涂敷硬碳膜的基底，在硬碳膜和基底之间的粘附性和抗剥离性有所改善，还提供了一种提供涂敷硬碳膜的基底的方法。
本发明的另一个目的是提供一种在基底上提供硬碳膜的方法，从而即使在具有复杂三维结构的基底上也可均匀地形成中间层，并可在硬碳膜和基底之间获得令人满意的粘附性。
依据本发明第一方面的涂有硬碳膜的基低包括基底、硬碳膜和在基底与硬碳膜之间形成的中间层。中间层主要由从Al、Cr、Sn、Co和B及它们的氧化物、氮化物和碳化物构成的组中选出的至少一种来构成。
依据本发明的第一方面，可使用诸如溅射之类的任何方法形成中间层。在使用溅射法的情况下，最好在把射频电压加到基底时形成中间层，从而横穿基底产生自偏电压。最好把基底中产生的自偏电压控制在不超过-20V，以保证增强硬碳膜对基底的粘附性。
可使用其它物理淀积或化学气相外延法来形成依据本发明第一方面的中间层。例如，可使用电镀来形成金属中间层。
本发明第一方面中所使用的术语“硬碳膜”将包括无定形类金刚石碳薄膜、具有无定形和结晶部分的类金刚石碳薄膜以及结晶类金刚石碳薄膜。
在本发明第一方面中形成硬碳膜的方法没有特殊限定。可通过CVD法(例如，等离子体CVD法)之类的方法形成硬碳膜。类似于形成中间层，最好在把射频电压加到基底时形成硬碳膜，从而横穿基底产生自偏电压。最好把基底中产生的自偏电压控制在不超过-20V。在等离子体CVD法中，例如可使用电子回旋共振(ECR)等离子体CVD设备作为产生等离子体的装置。使用此设备可增大等离子体的密度，并可在低温下形成高质量的硬碳膜。
例如，依据本发明第一方面的涂敷硬碳膜的薄膜可应用于电动剃须刀的内部和外部刀片。电动剃须刀的那些内部和外部刀片一般是用主要由Ni或Al或不锈钢构成的金属或合金来形成的。相应地，可使用这些材料构成的基底作为本发明第一方面的基底。
基底不限于电动剃须刀的内部和外部刀片，也可适用于磁光盘、薄膜磁头和声表面波(SAW)器件。可在其上的硬碳膜作为它们的保护薄膜。此外，可把硬碳膜作为可在光刻法的曝光期间所使用的防反射薄膜。此外，可把硬碳膜作为旋转压缩机之类压缩机滑动部分的保护薄膜、太阳能电池的保护薄膜层、光学元件或装饰物的一部分。
依据本发明第一方面的基底的材料类型包括Mo-Ni-Cr铸铁之类的铸铁、高速工具钢之类的钢、SUS304之类的不锈钢、铁合金、非铁金属材料、陶瓷、贵金属和碳。非铁金属材料和陶瓷包括Ti、Al、Zr、Si、W、Mo、In、Ta、Fe、Ni、Co、Mn、Cr或Zn的单种元素、合金或烧结形式；及它们的氧化物、氮化物和碳化物。贵金属包括Au、Ag、Pt、Ru和Pd。碳包括含铝的碳。
依据本发明的第二方面，一种在基底上提供硬碳膜的方法包括在基底上电镀形成中间层和在该中间层上形成硬碳膜的步骤。
依据更窄义的本发明的第二方面，一种方法包括以下步骤：经过电铸在模子上淀积形成基底，通过电镀在基底上形成中间层，再在中间层上形成硬碳膜。
在通过电镀形成中间层的步骤中，可把基底固定于模子上形成中间层。这避免了必须使基底脱离模子，从而提高了所获的涂敷了硬碳膜的产品的生产率。
依据本发明第二方面的硬碳膜包括无定形类金刚石碳薄膜和包含结晶体的类金刚石碳薄膜。它还包括晶状类金刚石碳薄膜。
在本发明的第二方面中，形成硬碳膜的方法没有特殊限定。可用CVD法之类的方法来形成硬碳膜。例如，可使用等离子体CVD法，在把射频电压加到基底时形成硬碳膜，从而横穿基底产生自偏电压。在此情况下，最好把基底中产生的自偏电压控制在不超过-20V。在等离子体CVD法中，例如可使用电子回旋共振(ECR)等离子体CVD设备作为产生等离子体的装置。使用此设备增大了等离子体的密度并可在低温下形成高质量的硬碳膜。
在电镀形成中间层的步骤中，可采用一般的电镀技术，包括电镀和元电镀敷。在使用电镀形成中间层时，一般需要基底的至少一个表面是导电的。
依据本发明的第二方面，通过电镀形成中间层。这使得即使在具有复杂三维结构的基底上也可形成厚度均匀的中间层。相应地，即使在很难用常规气相法形成的薄膜覆盖的基底边缘部分上也可均匀地形成中间层。结果，可增强硬碳膜对基底的粘附性。此外，均匀地形成中间层也使得中间层的平均厚度控制在小于通过常规气相法形成的中间层的厚度。
依据本发明第二方面的中间层厚度没有特殊限定，但该厚度最好在50-5000A范围内，尤其是在100-3000A范围内。
依据本发明的第二方面，即使在具有上述复杂三维结构的基底上也可均匀地形成中间层。相应地，本方法的优点在于可适用于具有复杂三维结构的基底，例如电动剃须刀的内部和外部刀片。电动剃须刀的刀片一般由金属或主要包括Ni或Al的合金或不锈钢形成。于是，本发明的第二方面的优点在于可适用于那些基底。
基底不限于电动剃须刀的内部和外部刀片，也可适用于磁光盘、薄膜磁头和声表面波(SAW)器件。可在其上提供硬碳膜作为它们的保护薄膜。此外，可提供硬碳膜作为在光刻法的曝光期间所使用的防反射薄膜。此外，可提供硬碳膜作为旋转压缩机之类压缩机滑动部分的保护薄膜、太阳能电池的保护薄膜层、光学元件或作为装饰物的一部分。
依据本发明第二方面的基底材料类型包括Mo-Ni-Cr铸铁之类的铸铁、高速工具钢之类的钢、SUS304之类的不锈钢、铁合金、非铁金属材料、陶瓷、贵金属和碳。非铁金属材料和陶瓷包括Ti、Al、Zr、Si、W、Mo、In、Ta、Fe、Ni、Co、Mn、Cr或Zn的单种元素、合金或烧结形式；及它们的氧化物、氮化物和碳化物。贵金属包括Au、Ag、Pt、Ru和Pd。碳包括含铝的碳。
可利用通过电镀形成并增强基底和硬碳膜之间粘附性的任何中间层材料。中间层材料的特殊例子包括Ru、Cr、Sn和Co之类的金属和主要由其构成的合金。
此外，通过在获得的整个金属薄膜中散布陶瓷之类微小颗粒的合成电镀来形成本发明第二方面的中间层。可通过众所周知的技术来实现此合成电镀。一般可在包含散布微小颗粒的电镀槽中通过电镀来生产包含散布形式微小颗粒的金属薄膜。
在合成金属薄膜中散布微小颗粒的例子包括Al、Ru、Ti、Cr、Sn、Co、Si、B或Zr的氧化物、氮化物和碳化物。在金属薄膜中散布的微小颗粒的含量最好在0.1-30体积％范围内，尤其是在1-10体积％范围内。微小颗粒的较佳颗粒尺寸是不超过1μm。
在形成合成金属薄膜作为本发明第二方面的中间层的情况下，在金属薄膜中散布的微小颗粒可有效地增强对覆盖硬碳膜的粘附性。相应地，可从比上述金属薄膜材料范围更宽的材料中选出在金属薄膜中构成基质的材料。例如，通过在Ni基底上电镀与基底同样的材料(即Ni)以形成散布了微小颗粒的Ni薄膜，可改善硬碳膜对Ni基底的粘附性。
图1是依据本发明第一方面的涂敷硬碳膜的基底一个实施例的剖面图；
图2是一电动剃须刀实施例的剖面图，其中把本发明的第一方面应用于剃须刀的内部和外部刀片；
图3是示出电动剃须刀外部刀片平面图形的平面图；
图4是示出电动剃须刀内部刀片的正视图；
图5是用于形成依据本发明第一方面实施例中所使用的中间层和硬碳膜的设备的示意方框图；
图6是示出图5所示设备反应气体进气管的导引端及其附近的平面图；
图7是示出旋转压缩机总体结构的示意剖面图；
图8是依据本发明第一方面的涂敷硬碳膜的叶片(vane)的示意剖面图；
图9是依据本发明第一方面的涂敷硬碳膜的滚筒的示意剖面图；
图10是依据本发明第一方面的涂敷硬碳膜的圆柱形管道的示意剖面图；
图11是电动剃须刀外部刀片的剖面图，该刀片具有其上形成中间层的外表面；
图12是示出对依据本发明第二方面的基底进行电铸，其后在基底上形成中间层的一系列步骤的剖面图；
图13是示出对依据本发明第二方面的基底进行电铸，其后在基底上形成中间层的另外一系列步骤的剖面图；
图14是示出电动剃须刀内部刀片示例布局的局部剖面侧视图，在此刀片上通过依据本发明第二方面的电镀来形成各个中间层；以及
图15是示出电动剃须刀内部刀片比较布局的局部剖面侧视图，在此刀片上通过溅射形成各个中间层。
图1是依据本发明第一方面的涂敷硬碳膜的基底一个实施例的剖面图。参考图1，在基底31上形成中间层32，在中间层32上形成硬碳膜，即类金刚石碳薄膜33。中间层32的厚度最好在50-8000A的范围内，尤其是在50-4000A范围内。类金刚石碳薄膜33的厚度最好在50-5000A范围内，尤其是在50-3000A范围内。
图2是电动剃须刀刀片实施例的剖面图，其中把本发明应用于其内部和外部刀片。参考图2，在外部刀片基底41上形成中间层42，在中间层42上形成硬碳膜，即类金刚石碳薄膜43。图3是示出外部刀片基底41的平面图形的平面图。如图3所示，外部刀片基底41具有一些用于抓取胡须的孔41a。
再参考图2，内部刀片向外部刀片基底41的内部排列。在内部刀片的基底51上形成中间层52，在中间层52上形成硬碳膜，即类金刚石碳薄膜53。图4是内部刀片基底51的正视图。如图4所示，内部刀片基底51在其上端具有锥形表面51a，在截取时，每个锥形表面示出从上边缘向下的斜坡(也参考图2)。再参考图2，在内部刀片在外部片上沿箭头所示方向滑动时，就剃去孔41a中抓取的胡须。
在此特殊实施例中，由Ni形成外部刀片基底41，而由不锈钢(SUS)形成内部刀片基底51。
图5是薄膜形成设备的示意方框图，在此设备中可形成中间层和硬碳膜。参考图5，置于真空室8内部的是等离子体发生室4，它连到波导2的一端。波导的另一端安装微波供给装置1的另一端。微波供给装置1内产生的微波经过波导2和微波注入窗3，被导入等离子体发生室4。连到等离子体发生室4的是放电气体进气管5，用于把氩气(Ar)之类的放电气体引入等离子体发生室4。在等离子体发生室4的周围安装了多个等离子体磁场发生器6。通过微波产生的高频磁场对由等离子体磁场发生器6产生的磁场发生影响，可在等离子体发生室4内产生高密度等离子体。
在真空室8内提供鼓形基底支架12，从而该支架可绕着垂直于真空室8壁表面放置的轴(未示出)而旋转。在基底支架12周围以固定间距放置一些基底13。高频电源10连到基底支架12。
金属构成的中空圆柱形屏蔽罩14沿径向包围基底支架12，以在其间限定预定的间距。屏蔽罩14连到接地电极。在屏蔽罩14接至接地电极。屏蔽罩14起到防止在真空室8和其上没有靶薄膜形成位置的基底支架12之间产生放电，否则在为了形成薄膜而把射频(也叫做RF)电压加到基底支架12上时，将产生这种放电。可把基底支架12和屏蔽罩14之间的间距定为小于气体分子的平均自由程。气体分子的平均自由程等于或小于一平均距离，该距离是被电场加速的离子或电子不发生碰撞而能运行的距离。于是，通过把基底支架12和屏蔽罩14之间的间距定为不超过气体分子的平均自由程，可降低气体分子和离子或电子之间的碰撞几率，从而防止分子经历一链式电离。基底支架12和屏蔽罩14之间的间距最好定为不超过气体分子平均自由程的十分之一。在此设备的特殊实施例中，基底支架12和屏蔽罩14之间的间距定为大约5mm，从而该值不超过气体分子平均自由程的十分之一。
屏蔽罩14的顶部具有第一开口15。来自等离子体发生室4的等离子体被导向通过第一开口15撞击安装在基底支架12上的基底13。真空室8装有反应气体进气管16。反应气体进气管16的导引端位于第一开口15上方。
图6是示出反应气体进气管16导引端及其附近的平面图。参考图6，反应气体进气管16包括把CH4气体引入真空室8的气体进气部分16a和垂直连到气体进气部分16a的气体放电部分16b。气体放电部分16b垂直于基底支架12的旋转方向A放置，并位于第一开口15上方。在此平面图中，气体放电部分16b位于第一开口15内方向A的上游。气体放电部分16b具有多个孔21，每个孔以大约45度的角度向下。在此特殊实施例中，如图6所示设置了八个孔21。这些孔21以向气体放电部分16b每一端逐渐变小的距离相互隔开。以此间距设置孔117，使得从其中放出从气体进气部分16a引入的CH4气体，这些孔沿气体放电部分16b的长度基本上均匀分布。
参考图5，屏蔽罩14的底部具有面对第一开口15的第二开口17。靶18置于第二开口17下方，朝上面对第二开口17。接到靶18的是用于溅射靶18的RF电源19。靶18和RF电源19构成形成中间层的装置。相应地，在图5的设备中，通过等离子体DVD法在第一开口15的位置形成硬碳膜，而通过溅射法在第二开口17的位置形成中间层。
使用图5所示的设备可在一些基底上同时形成薄膜。
例1(中间层：B)
使用图5的设备来形成中间层和类金刚石碳薄膜。真空室8内Ar气的分压设定为1.5×10-3托。B用作靶18，提供给靶18的功率设定在200W。通过把RF电压加到基底支架12，在Ni基底13上形成B构成的中间层，从而在基底13中产生的自偏电压达到-50V。此步骤持续30分钟。结果，形成厚度为大约0.05μm的中间层。这里，在基底支架12周围以固定的间距安装二十四个Ni基底13。在各个基底13上形成中间层时，基底支架12以大约10rpm的速度旋转。
然后在覆盖Ni基底13的中间层上形成硬碳膜，即类金刚石碳薄膜。真空室8内部的气压控制在10-5-10-7托。然后从ECR等离子体发生器的放电气体进气管5提供5.7×10-4托的Ar气，而从微波供给装置1提供2.45GHz、100W的微波，从而在等离子体发生室4内产生的Ar等离子体撞击每个基底13的表面。同时，以控制方式把来自高频电源10的13.56MHz的RF电压加到基底支架12，从而在每个基底13中产生-50V的自偏电压。通过反应气体进气管16提供1.3×10-3托的CH4气体。此步骤持续大约15分钟，以在每个基底13的表面上形成厚度为1000的类金刚石碳薄膜。
例2(中间层：B的氮化物)
类似于例1使用图5的设备。Ar和N2气体的分压分别设定在1.5×10-3托和5.0×10-4托。B用作靶，且提供给靶的功率设定在200W。于是在Ni基底13上形成B的氮化物构成的中间层。这里，把RF电压加到基底支架12上，从而在基底13中产生的自偏电压达到-50V。此中间层形成步骤持续40分钟。结果，形成厚度大约为0.05μm的BN构成的中间层。
接着，以与例1相同的方式在中间层上形成厚度为1000的类金刚石碳薄膜。
例3(中间层：Al的氧化物)
类似于例1使用图5的设备。Ar和O2气体的分压分别设定在1.5×10-3托和1.0×10-3托。Al被用作靶，且提供给靶的功率设定在400W。于是在Ni基底13上形成Al的氧化物构成的中间层。这里，把RF电压加到基底支架12上，从而在基底13中产生的自偏电压达到-50V。此中间层形成步骤持续30分钟。结果，形成厚度大约为0.04μm的中间层。
接着，以与例1相同的方式在中间层上形成厚度为1000的类金刚石碳薄膜。
例4(中间层：Cr的氮化物)
类似于例1使用图5的设备。Ar和N2气体的分压分别设定在1.5×10-3托和1.0×10-3托。Cr用作靶，且提供给靶的功率设定在400W，于是在Ni基底13上形成Cr的氮化物构成的中间层。这里，把RF电压加到基底支架12上，从而在基底13中产生的自偏电压达到-50V。此中间层形成步骤持续30分钟。结果，形成厚度大约为0.05μm的中间层。
接着，以与例1相同的方式在中间层上形成厚度为1000的类金刚石碳薄膜。
例5(中间层：Sn的氧化物)
类似于例1使用图5的设备。Ar和O2气体的分压分别设定在1.5×10-3托和1.0×10-3托。Sn被用作靶，且提供给靶的功率设定在400W。于是在Ni基底13上形成Sn的氧化物构成的中间层。这里，把RF电压加到基底支架12上，从而在基底13中产生的自偏电压达到-50V。此中间层形成步骤持续30分钟。结果，形成厚度大约为0.04μm的中间层。
接着，以与例1相同的方式在中间层上形成厚度为1000的类金刚石碳薄膜。
例6(中间层：Co)
类似于例1使用图5的设备。Ar气体的分压设定在1.5×10-3托。Co被用作靶，且提供给靶的功率设定在400W，以在Ni基底13上形成Co构成的中间层。这里，把RF电压加到基底支架12上，从而在基底13中产生的自偏电压达到-50V。此中间层形成步骤持续30分钟。结果，形成厚度大约为0.05μm的中间层。
接着，以与例1相同的方式在中间层上形成厚度为1000的类金刚石碳薄膜。
对照例子1
为了比较，在Ni基底上直接形成类金刚石碳薄膜，其间不插入中间层。以与例1所使用的相同条件形成类金刚石碳薄膜。对例1-6和对照例子1获得的涂敷类金刚石碳薄膜的Ni基底，评估其粘附性水平。通过凹痕测试进行粘附性估计，测试中在恒定负荷(负荷＝1kg)下把维氏压头压入基底的表面。对涂敷类金刚石碳薄膜的每个Ni基底取五十个样品，对示出从Ni基底剥离的类金刚石碳薄膜样品的数目进行计数，作为表示硬碳膜的粘度水平。表1给出了结果。
                            表1
              例子号码 对照例子号码
1 2 3 4 5 6 1
  *样品数目   0   0   0   0   0     0     43
*示出类金刚石碳薄膜剥离的样品
从表1给出的结果很明显，相对于对照例子1的涂敷类金刚石碳薄膜的Ni基底，依据本发明第一方面具有中间层的例1-6中每个涂敷类金刚石碳薄膜的Ni基底示出遭受剥离的样品数少得多。这示出依据本发明第一方面提供的中间层增强了类金刚石碳薄膜对Ni基底的粘附性。
图7是示出旋转压缩器总体结构的示意剖面图。
参考图7，旋转压缩器包括闭合容器101、被电动机(未示出)驱动的曲柄轴102以及与曲柄轴102偏心安装的滚筒103。滚筒是用Mo-Ni-Cr铸铁制成的。
安装了铸铁构成的中空圆柱体104，以在其中容纳滚筒103。
中空圆柱体104具有在其内部往复运动的叶片106的圆柱形管道105。叶片106把中空圆柱体104内部的空间分成高压部分和低压部分。叶片106是用高速工具钢(SKH51)制成的。
弹簧107使叶片106抵在滚筒103上。
设置了进气管108，以向中空圆柱体104的内部提供制冷剂(refrigerant)。通过排气管109把中空圆柱体104内增压和加热的制冷剂排放到压缩机的外部。
现在将说明以上述方式构成的旋转压缩机的操作。
当电动机驱动曲柄轴102时，与曲柄轴102偏心安装的滚筒103在旋转时沿中空圆柱体104的内表面作圆周运动。由于增压气体和弹簧107使叶片106抵在滚筒103上，所以叶片106与滚筒103的外围形成稳定接触。相应地，滚筒103的旋转运动转换成叶片106在圆柱形管道105内的往复运动。
在持续此往复运动时，制冷剂通过进气管108吸入中空圆柱体104内部，在圆柱体104内部，制冷剂受到压缩，在制冷剂通过排气管109排放到旋转压缩机的外部以前增温和增压。
图8是依据本发明第一方面的其上附带硬质碳涂敷薄膜的叶片106的示意剖面图。在叶片106上形成中间层161，在中间层上形成硬碳膜162。
图9是依据本发明第一方面的其上附带硬碳膜的滚筒103的示意剖面图。在滚筒103上形成中间层131，在中间层上形成硬碳膜132。
图10是依据本发明第一方面的其上附带硬碳膜的圆柱形管道105的示意剖面图。在圆柱形管道105的内表面上形成中间层151，在中间层上形成硬碳膜152。
然后对设置在图8的叶片106上的硬碳膜进行测试，以估计其粘附性。使用图5的设备。Ar气体的分压设定为1.5×10-3托。用Cr作靶，并把加到靶的功率设定在400W，以在叶片106上形成Cr中间层。这里把RF电压加到基底支架，从而在基底中产生-50V的自偏电压。此中间层形成步骤持续30分钟。结果，形成厚度大约为0.05μm的中间层。
结果，以与例1相同的方式把此硬碳膜形成步骤持续75分钟，从而在中间层161上形成厚度为5000的硬碳膜162。
测试如此获得的涂敷硬碳膜的基底，以估计其粘附性。通过凹痕测试进行粘附性估计，在此测试中，在恒定负荷(负荷＝500g)下把球形钻石压头(尖端半径0.1mm)压入基底表面。对涂敷类金刚石碳薄膜的叶片106取五十个样品，对示出从叶片106剥离的类金刚石碳薄膜162样品的数目进行计数，作为表示硬碳膜的粘附性。为了比较，在叶片106上直接形成硬碳膜，其间不插入Cr中间层，通过把RF电压加到基底支架，从而在叶片106中产生-50V的自偏电压。也对获得的硬碳膜进行测试，以评估其对叶片的粘附性。表2给出了结果。
                        表2
    Cr中间层     自偏电压(V)     *样品数目
    不存在     -50     45
    存在     -50     5
*示出硬碳膜剥离的样品
从表2给出的结果很明显，在叶片106上不存在Cr中间层161的情况下，即使在叶片中产生-50V的自偏电压，也有四十五个样品示出硬碳膜162的剥离。相反，在叶片106上存在Cr中间层161且在-50V的自偏电压下在中间层161上形成硬碳膜162的情况下，只有五个样品示出硬碳膜162的剥离。
在以上例子中，指定通过溅射形成中间层。然而，依据本发明第一方面形成中间层的方法不限于溅射。可通过其它方法形成中间层，这些方法包括淀积法之类的其它物理薄膜形成方法、CVD法之类的化学气相外延方法以及电镀方法。虽然在以上例子中使用图5的设备来形成中间层和硬碳膜，但也可使用其它设备来分别形成中间层和硬碳膜。
依据本发明第一方面在基底和硬碳膜之间提供中间层增强了硬碳膜的粘附性和抗剥离性。
现在将描述依据本发明第二方面的较佳实施例。
图11是外部刀片基底41的剖面图，在此基底上通过电镀形成中间层42。例如，可对外部刀片基底进行电铸。
图12是示出通过电镀形成中间层，然后对外部刀片基底进行电铸的步骤的剖面图。如图12(a)所示，通过在塑料板21上电镀镍或加上铜箔，在塑料板21上设置金属层22。以相应于电动剃须刀外部刀片的图案用抗蚀剂23涂敷在金属层22上。抗蚀剂23保护金属层22上被涂敷的区域不受蚀刻剂的作用，从而金属层22被蚀刻成图12(b)所示电动剃须刀外部刀片的预定图案。接着除去抗蚀剂23，在塑料板21上留下图12(c)所示具有电动剃须刀外部刀片图案的金属层22。
如图12(d)所示，把镍镀层加到金属层22上，以通过电铸获得电动剃须刀的外部刀片基底41。电铸可使用通常使用的电镀液。示例电镀液包含30g/l的氯化镍、300g/l的硫化镍、30g/l的硼酸和适量的凹坑抑制剂。例如，可在3.5-4.0的pH范围内，在30-60℃的温度和2-15A/dm2的电流密度下进行电镀，以淀积镍层。待淀积的镍层厚度没有特殊规定，但一般在10-100μm范围内。
接着如图12(e)所示，诸如通过电镀或无电镀敷在外部刀片基底41上形成中间层42，而在金属层22上保留外部刀片基底41。可依据将通过电镀来淀积的中间层42的类型，选择适宜的电镀液和条件。中间层42的厚度范围一般从大约50到5000。
当从金属层22上除去外部刀片基底41时，如图12(f)所示，获得其上附带有中间层42的电动剃须刀的外部刀片基底41。然后在中间层上形成类金刚石或硬碳膜，以获得具有中间层的电动剃须刀外部刀片，硬碳膜通过该中间层设置在外部刀片基底上。这里，可在从金属层22上除去附带有中间层42的外部刀片基底41后，在中间层42上形成硬碳膜。此外，也可在金属层22上保留附带有中间层42的外部刀片基底41时，在中间层42上形成硬碳膜。在形成硬碳膜后，接着从金属层22上除去外部刀片基底41。
例7
取图12和13所示的步骤，对电动剃须刀外部刀片的Ni基底进行电铸，在此外部刀片上已形成Ru构成的中间层。
在Ni基底电铸中所使用的Ni电镀液包含30g/l的氯化镍、300g/l的硫化镍、30g/l的硼酸和适量的凹坑抑制剂。把Ni电镀液调节到3.5的pH值，并控制到50℃的温度。然后在10A/dm2的电流密度下开始电铸，在模子上淀积Ni基底。Ni基底的厚度大约是50μm。
进行Ru电镀，并在模子上保留Ni基底，以在Ni基底上形成Ru中间层。所使用的Ru电镀液包含3g/l的硫化钌、6g/l的硫酸和适量的添加剂。把Ru电镀液调节到大约1.5的pH值，并控制在大约50℃的温度。然后在2A/dm2的电流密度下进行Ru电镀，在Ni基底上淀积Ru中间层。Ru中间层的厚度约100。
如上所述在Ni基底上形成Ru中间层后，用ECR等离子体CVD设备在Ru中间层上形成类金刚石碳薄膜。Ar和CH4气体的分压分别设定在5.7×10-4托和1.3×10-3托。在形成薄膜期间，提供2.45GHz微波频率下100W的微波功率。以控制的方式把来自高频电源的13.56MHz的RF功率提供给基底支架，从而在每个基底中产生-50V的自偏电压。薄膜形成步骤持续15分钟。结果，形成厚度为1000的类金刚石碳薄膜。其后，从模子中取下Ni基底。
例8
以与例7相同的方式在模子上形成Ni基底后，进行Sn的电镀，以在Ni基底上形成Sn中间层。所使用的Sn电镀液包含90g/l的锡酸钠、8g/l的氢氧化钠和10g/l的醋酸钠。Sn电镀液被控制在70℃的温度。然后在1.5A/dm2的电流密度下进行Sn电镀，以在Ni基底上淀积Sn中间层。Sn中间层的厚度大约100。
在形成Sn中间层后，以与例7中相同的方式在Sn中间层上形成厚度大约1000的类金刚石碳薄膜。
例9
以与例7相同的方式在模子上形成Ni基底。其后，使用把SiC颗粒散布在Sn电镀液中的合成电镀液来形成中间层。Sn电镀液类似于例8的电镀液。平均颗粒尺寸大约为0.1μm的SiC颗粒散布在Sn电镀液中，制备的合成电镀液包含10％重量百分比的SiC颗粒。使用类似于例8的电镀条件来形成中间层，此中间层的厚度为大约0.5μm并包括散布有SiC颗粒的Sn薄膜。此Sn薄膜包含5％容积百分比的SiC颗粒。
结果，类似于例7在中间层上形成类金刚石碳薄膜。
对照例子2
以与例7相同的方式在模子上形成Ni基底后，在Ni基底上直接形成类金刚石碳薄膜，而其间未插入任何中间层。以与例7相同的方式形成类金刚石碳薄膜。
评估分别在例7-9和对照例子2中获得的类金刚石碳薄膜的粘附性。通过凹痕测试进行粘附性评估，在测试中在恒定负荷(负荷＝1kg)下把维氏压头压入类金刚石碳薄膜的表面。对每个类金刚石碳薄膜取五十个样品，对示出从Ni基底剥离的类金刚石碳薄膜样品的数目进行计数，作为表示类金刚石碳薄膜的粘附性。表3给出了结果。
               表3
    例子号码     对照例子号码
    7     8     9      2
  *样品数目     0     0     0     43
*示出类金刚石碳薄膜剥离的样品
从表3清晰可见，相对于对照例子2的类金刚石碳薄膜，通过中间层设置在Ni基底上的例7-9的每个类金刚石碳薄膜表现出较优的抗剥离性，表明对Ni基底有更高的粘附性。
例10
进行Ru电镀，以在图2所示电动剃须刀内部刀片的基底上形成Ru中间层。如图14所示，在Ru电镀期间，内部刀片基底51在夹具54上保持朝上作涂敷处理。这里所使用的Ru电镀液和电镀条件与例7相类似。
可看出，即使在基底51的边缘部分也可形成均匀覆盖的Ru中间层。
对照例子3
如图14所示，使用溅射方法，在相对于夹具54保持朝上的内部刀片基底51上形成Ru中间层52。Ar气体的分压设定在1.5×10-3托。用Cr作靶，并把提供给靶的功率设定在400W，以形成厚度大约为100的Ru中间层。观察到获得的Ru中间层勉强覆盖在各个基底上，尤其是在基底的边缘部分。
对照例子4
以倾斜的方式把内部刀片基底51安装到夹具54上作涂敷处理。在保持这种布局时，通过类似于对照例子3的溅射方法，在每个基底51上形成Ru中间层52。然后在内部刀片基底51上补充形成中间层以前，重新放置内部刀片基底51，使之以相反方向倾斜。结果，改善了基底边缘部分的中间层涂层，在基底周围提供基本上均匀的中间层。
通过把例10与对照例子3和4相比较可看出，即使在具有复杂三维结构的基底上，通过依据本发明第二方面的电镀来形成中间层可有效地提供均匀的薄膜涂覆层。于是，在此中间层上形成硬碳膜可改善硬碳膜对基底的粘附性。
在上述例子中，在电动剃须刀的内部和外部刀片基底上形成中间层，随后在其上形成硬碳膜。然而，那些内部和外部刀片基底只是用作示例的目的，而不是限制。应理解本发明可适用于其它类型的基底。虽然在上述例子中也描述了通过电镀形成的中间层，但在本发明中也可通过无电镀敷来形成中间层。
也可理解本发明的第二方面可只应用内部和外部电动剃须刀刀片之一。虽然在上述例子中描述了将只在电动剃须刀外部刀片的外表面上形成中间层和硬碳膜，但除此之外，也可在电动剃须刀外部刀片的内表面上形成中间层和硬碳膜。
依据本发明的第二方面，通过电镀在基底上形成中间层。这样即使在诸如电动剃须刀外部和内部刀片之类具有复杂三维结构的基底上也可形成均匀的中间层，并可改善在中间层上形成的硬碳膜对基底的粘附性。
此外，依据本发明的第二方面，利用电铸法在模子上淀积基底，其后通过电镀在基底上形成中间层。相应地，也可在基底形成后，在基底留在模子上时形成中间层。这简化了生产步骤，以提高涂敷硬碳膜的基底的生产率。

Claims (18)

1.一种涂敷硬碳膜的基底，其特征在于包括：
基底：
在所述基底上形成的中间层，所述中间层主要由从Al、Cr、Sn、Co和B及它们的氧化物、氮化物和碳化物中选出的至少一种构成；以及
在所述中间层上形成的硬碳膜。
2.如权利要求1所述的涂敷硬碳膜的基底，其特征在于所述基底包括金属或合金，所述金属或合金主要包括Ni或Al或不锈钢。
3.如权利要求1或2所述的涂敷硬碳膜的基底，其特征在于所述基底是用于电动剃须刀刀片的基底。
4.如权利要求1所述的涂敷硬碳膜的基底，其特征在于所述基底包括铸铁、钢、不锈钢、铁合金、非铁金属材料、陶瓷、贵金属或碳。
5.如权利要求1、2或4所述的涂敷硬碳膜的基底，其特征在于所述基底是用于滑动部分的基底。
6.如权利要求1-5中任一项所述的涂敷硬碳膜的基底，其特征在于用溅射法形成所述中间层。
7.一种用于制备如权利要求1-6中任一项的涂敷硬碳膜的基底的方法，其特征在于通过溅射法在所述基底上形成所述中间层，在所述溅射法中，把射频电压加到基底上，从而在基底中产生的自偏电压不超过-20V。
8.一种在基底上设置硬碳膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
通过电镀在所述基底上形成中间层；以及
在所述中间层上形成所述硬碳膜。
9.一种在基底上设置硬碳膜的方法，其特征在于包括以下步骤：
通过电铸在模子上淀积形成所述基底；
通过电镀在所述基底上形成中间层；以及
在所述中间层上形成所述硬碳膜。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于在电镀步骤中，在基底留在模子上时形成所述中间层。
11.如权利要求8-10中任一项所述的方法，其特征在于所述基底的至少一个表面是导电的。
12.如权利要求8-11中任一项所述的方法，其特征在于所述基底包括主要由Ni或Al或不锈钢形成的金属或合金。
13.如权利要求8-12中任一项所述的方法，其特征在于所述基底是电动剃须刀刀片的基底。
14.如权利要求8-11中任一项所述的方法，其特征在于所述基底包括铸铁、钢、不锈钢、铁合金、非铁金属材料、陶瓷、贵金属或碳。
15.如权利要求8-12和14中任一项所述的方法，其特征在于所述基底是滑动部分的基底。
16.如权利要求8-15中任一项所述的方法，其特征在于所述中间层包括从Ru、Cr、Sn和Co或主要包括它们的合金构成的组中选出的至少一种金属。
17.如权利要求8-16中任一项所述的方法，其特征在于在所述中间层中散布氧化物、氮化物或碳化物构成的微小颗粒。
18.一种电动剃须刀的刀片，其特征在于所述刀片具有一基片，依据权利要求8-13、16和17中任一项所述的方法通过中间层在该基片上形成的硬碳膜。
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