The invention discloses a preparation method of carbon-based nano-multilayer structure thin film, which adopts DC reactive magnetron sputtering deposition technology, takes single metal target as sputtering target material and methane-argon mixture as reaction gas source, and spontaneously forms carbon-rich layer and metal-rich layer alternately in carbon-based thin film by using self-forming effect. The carbon nanostructured thin films with multilayer structure. The invention ionizes the reaction gas source under the induction of a direct current power supply, and produces a plasma atmosphere with various groups such as electrons, ions and free radicals in methane and argon. The size and orientation of metal grains are controlled by the target poisoning effect, and the diffusion and the orientation between ions are promoted by bombarding the growth surface with low energy ions. Migration results in the formation of carbon-based nano-multilayer films with alternating carbon and metal enrichment layers on the substrate, which enhances the mechanical properties of carbon-based films. The invention has the advantages of simple deposition process, uniform film formation and good repeatability, and greatly expands the potential application prospect of carbon-based films.
【技术实现步骤摘要】
一种纳米多层结构碳基薄膜的制备方法
本专利技术涉及一种碳基纳米多层薄膜的制备方法,尤其涉及一种采用非平衡磁控沉积技术制备碳基纳米多层结构薄膜的方法,属于纳米薄膜制备
技术介绍
以类金刚石(Diamond-likecarbon)薄膜为代表的碳基薄膜具有高硬度、低摩擦、化学稳定性强、耐腐蚀等一系列的优异性能,成为了各国摩擦表面
研究的热点之一,其中在一些领域已经初步实现了应用和工生产阶段。如:磁头的保护兼润滑膜层,模具的保护涂层,工业切削刀具、红外光学器件窗口、人造器官保护膜等。目前碳基薄膜自身还存一些问题需要解决:①制备得到的碳基薄膜内部具有很高的内应力,导致薄膜与基底材料的结合力差。②薄膜的韧性较低,因此很容易发生脆性断裂。③薄膜的摩擦学性能受测试环境影响,在不同环境中表现出的摩擦学行为差异较大。在碳基薄膜中设计制备纳米多层结构作为一种有效技术途径来改善碳基薄膜的这些不足。传统制备纳米多层结构碳基薄膜的工艺较为复杂,普遍都需要通过人工进行某个沉积条件的周期性调控,例如:通过样品台的旋转使沉积表面周期性地暴露在靶表面;或者周期性的开启或关闭靶电流、气体流量等沉积参数,这使得薄膜的制备过程十分复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对传统制备碳基纳米多层结构薄膜的过程中存在的问题,提供一种简单易行、成膜均匀、重复性好的碳基纳米多层结构薄膜的制备方法。一、碳基纳米多层结构薄膜的制备本专利技术制备碳基纳米多层结构薄膜的方法,是采用直流反应磁控溅射沉积技术,以单金属靶为溅射靶材,甲烷-氩气的混合气体为反应气源,利用自形成效应在碳基薄膜中自发形成碳富集层 ...
【技术保护点】
1.一种纳米多层结构碳基薄膜的制备方法,是采用直流反应磁控溅射沉积技术,以单金属靶为溅射靶材,甲烷‑氩气的混合气体为反应气源,利用自形成效应在碳基薄膜中自发形成碳富集层和金属富集层层层交替排列的纳米多层结构的碳基薄膜。
【技术特征摘要】
1.一种纳米多层结构碳基薄膜的制备方法,是采用直流反应磁控溅射沉积技术,以单金属靶为溅射靶材,甲烷-氩气的混合气体为反应气源,利用自形成效应在碳基薄膜中自发形成碳富集层和金属富集层层层交替排列的纳米多层结构的碳基薄膜。2.如权利要求1所述一种纳米多层结构碳基薄膜的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:(1)基底及金属平面靶的预置:将表面光洁的基底固定在直流反应磁控溅射沉积腔体中部的样品架上,基底表面与金属平面靶表面保持平行,两者间距保持在5cm~10cm;样品架相连负偏压电源;金属平面靶连接直流电源;(2)基底表面活化:将直流反应磁控溅射沉积腔体抽真空至不大于6.0×10-3Pa;通入高纯氩气,控制沉积气压稳定在0.6~2.0Pa,直流偏压在400~600V下进行等离子体清洗,去除基底表面残留的杂质和污染物;(3)沉积纳米多层结构薄膜:通入甲烷和氩气,在不施加偏压的条...
【专利技术属性】
技术研发人员:李红轩,王伟奇,吉利,刘晓红,周惠娣,陈建敏,
申请(专利权)人:中国科学院兰州化学物理研究所,
类型:发明
国别省市:甘肃,62
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