用于涂覆传导性部件的方法和传导性部件的涂层技术

本发明专利技术涉及用于涂覆传导性部件的方法和传导性部件的涂层。具体描述了用于在等离子体反应器中涂覆传导性部件的方法和传导性部件的涂层，其中该方法包括清洁步骤、机械承载体沉积、通过等离子体轰击的形貌改变、化学承载体层沉积和无定形碳层沉积(类金刚石碳)。在一个实施方案中，该方法是在单一周期中。本发明专利技术涉及材料工程、物理与化学的领域。

Coating for a method and conductive part for coating a conductive component

The present invention relates to a coating for a method for coating a conductive component and a conductive part. For the coating method of coating conductive components in a plasma reactor and the conductive part of the specific description, wherein the method comprises the steps of cleaning machinery, bearing body deposition, plasma bombardment by morphology change, chemical carrier layer deposition and amorphous carbon layer deposition (DLC). In an implementation, the method is in a single cycle. The invention relates to the field of material engineering, physics and chemistry.

【技术实现步骤摘要】
用于涂覆传导性部件的方法和传导性部件的涂层
本专利技术描述了一种用于在等离子体反应器中涂覆传导性部件的方法和传导性部件的涂层，其中该方法包括步骤：清洁，机械承载体沉积，通过等离子体轰击的形貌(topographic)改变，化学承载体层沉积和无定形碳层沉积(类金刚石碳)。本专利技术涉及材料工程、物理与化学的领域。
技术介绍
类金刚石碳(DLC)膜是基于碳的膜，通常是无定形的，即具有类金刚石结构，但是不具有存在于其四面体结构中的结合角，而是存在sp2和sp3结合，并且进一步存在一定量的氢。sp3和sp2键之间的比例影响特征，因此限定膜的类型。一般较高的比例表示较接近于金刚石的性能(例如较高的硬度)，而较低的比例表示考虑膜较具石墨性，即具有类似于石墨的性能(图1)。在最近几年，这些膜主要由于例如如下的性能吸引了特别的注意：提供低的摩擦系数、高的化学稳定性、高的硬度、光学透明性、高电阻率和低的电子亲合能的能力。以这种方式，它们可以在宽范围的应用中使用，其中有光电器件、具有摩擦或化学应用的涂层、汽车部件、模具涂层和生物相容的部件。无定形碳膜的一种最令人感兴趣的性能是具有提供低摩擦系数的能力，兼具高的耐磨性，否则，该膜将迅速磨损。通过在金属-金属接触部之间使用无定形碳膜，可实现低于0.2的摩擦系数，在高真空中达到0.01的非常低水平，并将磨损率减少到10-10mm3/Nm的水平。最常用于生产无定形或非无定形的碳膜的技术是脉冲激光沉积(PLD)、等离子体辅助(或增强)化学气相沉积(PA-CVD或PE-CVD)、离子束溅射(IBS)、离子束辅助沉积(IBAD)、等离子体浸没(或源)离子注入(PIII或PSII)。在这些技术中，离子用于沉积或将元素注入期望的基材中，该基材可以是石英、硅、钢及其合金、铝及其合金、钨及其合金，等等。注入或沉积离子的方式对结构且因此对所形成的膜的性能具有很大的影响。前述方法的缺点是：需要用高毒性的化学溶剂或试剂来清洁或蚀刻待沉积的表面；通过与碳膜的沉积工艺分开的工艺产生机械承载体层，需要移除浴(电化学)，炉(热解)或反应器(沉积)的工件，将接收碳膜的表面暴露到不同的气氛，该表面因此被改变；所述部件的几何约束；和安排过程的难度。文献BRPI0803774A2(WO2009149526A8)公开了一种可能的热化学处理类型(氮化)的改进，通过与氮化过程一起进行清洁处理，基本上改变等离子体源在一个步骤和另一个步骤之间的切换，其消除了在沉积碳膜之前将工件的表面暴露于不同气氛的缺点，并赋予提高的生产率。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及用在等离子体反应器中涂覆传导性部件的方法解决存在于现有技术中的问题，其中该方法包括：清洁、机械承载体沉积、通过等离子体轰击的形貌改变、化学承载体层沉积和无定形碳层沉积(类金刚石碳)。在第一个目的，本专利技术提供了一种用于涂覆传导性部件的方法，其中在等离子体反应器中传导性部件与能够进行极性反转的承载体接触，该方法包括步骤：a)在20和300℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力下，采用正电势的承载体，通过电子轰击清洁该传导性部件的表面，其中等离子体气氛中的气体选自氢气、氧气、氩气、氮气或它们的组合；b)在200和650℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力和施加到导体部件承载体的-200和-1000V之间的电压下，在传导性部件中沉积机械承载体，其包括选自以下组中的两种以上气体的组合的气体离子轰击：氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷、乙炔、或其它可电离的烃气体；c)在200和650℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力和施加到导体部件承载体的-200和-1000V之间的电压下进行形貌改变，其包括选自以下组中的两种以上气体的组合的气体离子轰击：氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷、乙炔、或其它可电离的烃气体；d)在200和350℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力和施加到导体部件承载体的-300和-1000伏之间的电压下，以直流源脉冲时间的75至90％的等离子体源(所述直流源以50-150kHz的频率工作)的连接时间，通过气体离子轰击在传导性部件中沉积化学承载体层，其中气体选自含有与碳具有化学亲和性的元素的液体前体或气态前体；e)在200和350℃之间的温度范围内，在1和3乇之间的工作压力和施加到传导性部件承载体的-300和-1000伏之间的电压下，在50-150kHz的频率下以75至90％的等离子体源的连接时间，通过气态烃离子轰击在化学承载体层的表面上沉积无定形碳层，其中等离子体气氛中的气体选自具有至少一种金属原子团的至少一种液体前体或这样的前体与至少一种可电离的烃气体的组合，其产生沉积在部件上的离子。在第二个目的，本专利技术的特征在于通过用于涂覆传导性部件的所述方法产生的传导性部件的涂层，其中该涂层包含：-至少第一机械承载体层，与所述传导性部件的表面直接接触；-至少一个化学承载体层，在所述机械承载体层和无定形碳层之间；-粘附到化学承载体层上的至少一个无定形碳层。另外，所有要求保护的上下文共有的专利技术概念是用于在等离子体反应器中涂覆传导性部件的方法，其中该方法包括步骤：清洁，通过热化学处理的形貌改变，化学承载体层的沉积和无定形碳层的沉积(类金刚石碳)。本专利技术的这些和其他目的容易得到本领域技术人员和公司感兴趣的部门理解，并且在以下描述中更详细地对其描述以对其再现。附图简要说明以下，借助于附图，对本专利技术进行更详细的描述：图1示出了sp3和sp2键之间的比例和它们对于膜特征的影响的示意图，其中的a-C：H＝无定形氢化的，ta-C＝无氢的四面体，ta-C：H＝氢化的四面体。图2示出了烃气体对无定形碳膜的沉积速率的影响和图。图3示出了该涂层的一个实施方案的多层系统的示意图。图4示出了基材的表面硬度与层深度的比率的图。改编自ASMInternational。具体实施方式在本专利技术中，披露了一种用于在等离子体反应器中涂覆传导性部件的方法，其中该方法包括步骤：清洁、机械层沉积、形貌改变、化学承载体层沉积和无定形碳层的沉积(类金刚石碳)。该方法可以得到规模化，相对于通过等离子体的其他方法(工业生产)呈现低成本，并允许获得具有高附着力和改进的摩擦性能的膜。作为其目标之一，本专利技术提供了一种使用等离子体反应器进行生产，而不需要进一步的操作的方法，并且在几何形状、自润滑部件中不经历不希望的限制，这是因为在其表面上存在碳膜，通过有效的清洁步骤，有利于随后沉积层的附着力的适宜性形貌结构，通过改变工艺参数，主要是气体类型、气流、等离子体源的连接时间、等离子体源的电压、以及承载体(所述部件位于其中)的极化反转。本文件报告了通过在反应器(为此方法开发的)中的等离子体辅助(或增强)化学气相沉积(PE-CVD)的碳膜生产法，该生产法可以在单一周期内进行(无反应器的打开，承载体、装置或零件的交换)。该方法可基本上分为：清洁、机械承载体层沉积、形貌改变、至少一个中间层(化学承载体层)的沉积和至少一个无定形碳层的沉积。在该周期中，具有几个可以影响膜的结构和品质的参数，例如：用于清洁、形貌改变和沉积的气体类型(例如氩气、氢气、乙炔、甲烷、甲苯)、单一和总共气流、工作压力、等离子体源电压、等离子体源的本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于涂覆传导性部件的方法，其特征在于在等离子体反应器中，传导性部件与能够进行极性反转的承载体接触，该方法包括步骤：a)在20和300℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力下，采用正电势的承载体，通过电子轰击清洁该传导性部件的表面，其中等离子体气氛中的气体选自氢气、氧气、氩气、氮气或它们的组合；b)在200和650℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力和施加到导体部件承载体的‑200和‑1000V之间的电压下，在传导性部件中沉积机械承载体，其包括选自以下组中的两种以上气体的组合的气体离子轰击：氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷、乙炔、或其它可电离的烃气体；c)在200和650℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力和施加到导体部件承载体的‑200和‑1000V之间的电压下进行形貌改变，其包含选自以下组中的两种以上气体的组合的气体离子轰击：氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷、乙炔、或其它可电离的烃气体；d)在200和350℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力和施加到导体部件承载体的‑300和‑1000伏之间的电压下，以直流源脉冲时间的75至90％的等离子体源的连接时间，通过气体离子轰击在传导性部件中沉积化学承载体层，其中气体选自含有与碳具有化学亲和性的元素的液体前体或气态前体，所述直流源以50‑150kHz的频率工作；e)在200和350℃之间的温度范围内，在1和3乇之间的工作压力和施加到传导性部件承载体的‑300和‑1000伏之间的电压下，以直流源脉冲时间的75至90％的等离子体源的连接时间，通过气态烃离子轰击在化学承载体层的表面上沉积无定形碳层，其中等离子体气氛中的气体选自具有至少一种金属原子团的至少一种液体前体或这样的前体与至少一种可电离的烃气体的组合，且其产生沉积在部件上的离子，所述直流源以50‑150kHz的频率工作。...

【技术特征摘要】
2016.07.19 BR 10201601671591.用于涂覆传导性部件的方法，其特征在于在等离子体反应器中，传导性部件与能够进行极性反转的承载体接触，该方法包括步骤：a)在20和300℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力下，采用正电势的承载体，通过电子轰击清洁该传导性部件的表面，其中等离子体气氛中的气体选自氢气、氧气、氩气、氮气或它们的组合；b)在200和650℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力和施加到导体部件承载体的-200和-1000V之间的电压下，在传导性部件中沉积机械承载体，其包括选自以下组中的两种以上气体的组合的气体离子轰击：氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷、乙炔、或其它可电离的烃气体；c)在200和650℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力和施加到导体部件承载体的-200和-1000V之间的电压下进行形貌改变，其包含选自以下组中的两种以上气体的组合的气体离子轰击：氢气、氧气、氩气、氮气、甲烷、乙炔、或其它可电离的烃气体；d)在200和350℃之间的温度范围内，在0.1和10乇之间的工作压力和施加到导体部件承载体的-300和-1000伏之间的电压下，以直流源脉冲时间的75至90％的等离子体源的连接时间，通过气体离子轰击在传导性部件中沉积化学承载体层，其中气体选自含有与碳具有化学亲和性的元素的液体前体或气态前体，所述直流源以50-150kHz的频率工作；e)在200和350℃之间的温度范围内，在1和3乇之间的工作压力和施加到传导性部件承载体的-300和-1000伏之间的电压下，以直流源脉冲时间的75至90％的等离子体源的连接时间，通过气态烃离...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·宾德，A·N·克雷恩，K·P·福尔兰，P·H·T·施奥佳，R·O·贾科麦利，R·宾德，
申请(专利权)人：圣卡塔琳娜州联邦大学，
类型：发明
国别省市：巴西,BR