镀膜基材以及离子束源沉积制备镀膜基材的方法技术

本发明专利技术公开了一种离子束源沉积制备镀膜基材的方法以及该方法制得的镀膜基材，该方法包括如下步骤：提供基材；在基材表面形成介质层，介质层的材料为ZrO或SiOxNy；以碳原子数为1～12的碳氢化合物为气体碳源，在介质层上沉积形成第一类金刚石碳层；在第一类金刚石碳层上继续沉积形成第二类金刚石碳层，得到镀膜基材。制得的镀膜基材第二类金刚石碳层中含有C‑H键、以sp2的形式结合的C‑C键以及以sp3的形式结合的C‑C键，从而兼具了金刚石的高硬度和石墨表面低摩擦系数的优良特性，使得镀膜基材有较高的硬度、较低的摩擦系数和优异的抗酸碱腐蚀能力。

Method for preparing coating substrate by coating substrate and ion beam source deposition

The present invention discloses a method for preparing a coated substrate by ion beam source deposition and a coating substrate prepared by the method. The method comprises the following steps: providing a substrate, forming a medium layer on the substrate surface, a material of a medium layer of ZrO or SiOxNy; a hydrocarbon with a carbon number of 1~12 as a gas carbon source and on the medium layer. The first type of diamond carbon layer is deposited and deposited on the first type of diamond carbon layer to form second types of diamond carbon layer, and the coating substrate is obtained. The second kinds of diamond carbon layer, which contains second kinds of diamond carbon layer, contains the H bond, the C C bond in the form of SP2 and the C C bond in the form of SP3, thus having the excellent properties of the high hardness of the diamond and the low friction coefficient on the surface of the graphite, which makes the coated substrate have higher hardness, lower friction coefficient and excellent resistance. Acid and alkali corrosion ability.

【技术实现步骤摘要】
镀膜基材以及离子束源沉积制备镀膜基材的方法
本专利技术涉及一种镀膜基材以及离子束源沉积制备该镀膜基材的方法。
技术介绍
玻璃能承受多数普通环境的长期使用要求，是一种非常稳定的材，但当玻璃的表面经常与其它硬质材料接触或产生摩擦时，如与玻璃、陶瓷、硬质金属进行刮蹭摩擦时，玻璃的表面是比较容易损坏的。此外，当玻璃表面暴露在化学腐蚀性气氛，或者一些无机或有机溶剂接触(如碱溶液、酸雨或某些类型的硬水)，经常会导致玻璃表面的劣化及产生污渍，产生不可清除的可见外观缺陷。这些人眼可见的玻璃划伤、擦伤、侵蚀痕迹直接影响它的美观性。因此提升玻璃表面的抗划伤性能和抗腐蚀能力，是非常有意义的。类金刚石薄膜通常又被人们称为DLC(DiamondLikeCarbon)薄膜，它是一类性质近似于金刚石，具有高硬度、高电阻率、良好光学性能等，同时又具有自身独特摩擦学特性的非晶碳薄膜。碳元素因碳原子和碳原子之间的不同结合方式，从而使其最终产生不同的物质：金刚石(diamond)—碳碳以sp3键的形式结合；石墨(graphite)—碳碳以sp2键的形式结合；而类金刚石(DLC)—碳碳则是以sp3和sp2键的形式结合，生成的无定形碳的一种亚稳定形态，兼具了金刚石和石墨的优良特性。由类金刚石而来的DLC膜同样是一种亚稳态长程无序的非晶材料，碳原子间的键合方式是共价键，主要包含sp2和sp3两种杂化键，而在含氢的DLC膜中还存在一定数量的C-H键。为了解决玻璃表面擦伤、侵蚀这些问题，前人做过一系列的探索研究。采用过在玻璃表面形成一层有机抗划伤薄膜，这样可以有效的降低玻璃表面的摩擦系数及提升表面的抗划伤抗腐蚀能力，但有机膜的结合强度不高，耐候性能差、容易彻底脱离。还有一种方法是在玻璃表面制备一层无机薄膜，如氧化物或者氮化物膜层，这种膜层有较高的膜层硬度及抗腐蚀能力，但是摩擦系数较高，在摩擦过程中容易造成膜层脱落。从前人的研究中不难看出，解决玻璃表面的抗划伤和抗腐蚀性能，主要从三个方面进行性能提升，一是通过制备膜层降低玻璃表面的摩擦系数，摩擦系数越低越不容易造成划伤，即使在表面硬度相同的情况下，摩擦系数的降低也有利于玻璃表面抗划伤性能的提升；二是通过膜层提升表面硬度，表面硬度提升抗划伤性能也会大幅度提升，三是膜层具有抗酸抗碱抗有机溶剂的能力，形成惰性表面，不与外接的化学物质发生反应提升抗腐蚀性能。前人的研究中没能很好的将这三者有机的结合起来，要么兼顾了摩擦系数的降低及抗腐蚀性能的提升，要么仅兼顾了膜层硬度的提升及抗腐蚀性能的提升。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种镀膜基材以及离子束源沉积制备镀膜基材的方法，该镀膜基材的表面膜层的摩擦系数较低、硬度较高并且具有优异的抗酸碱腐蚀能力。一种离子束源沉积制备镀膜基材的方法，包括如下步骤：提供基材；在所述基材表面形成介质层，所述介质层的材料为ZrO或SiOxNy，其中，0.1<x<2，0.1<y<4/3；以碳原子数为1～12的碳氢化合物为气体碳源，控制所述气体碳源的流量为10sccm/m～500sccm/m，同时控制本底真空度为10-2mbar～10-7mbar、电压为600V～1200V、加速磁场的强度为0.01kG～5kG，在所述介质层上沉积形成厚度为1nm～5nm的第一类金刚石碳层；以及调整所述电压为1500V～3000V，其他条件保持不变，在所述第一类金刚石碳层上继续沉积形成厚度为2nm～20nm的第二类金刚石碳层，得到镀膜基材。在一个实施例中，所述基材的材料为玻璃、透明材料、金属或陶。在一个实施例中，所述介质层的厚度为1nm～300nm。在一个实施例中，所述碳原子数为1～12的碳氢化合物选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯和丙炔中的至少一种。在一个实施例中，所述在所述介质层的表面沉积形成厚度为1nm～5nm的第一类金刚石碳层的操作中，所述气体碳源的流量为60sccm/m～100sccm/m，所述本底真空度为10-3mbar～10-4mbar。在一个实施例中，所述在所述介质层的表面沉积形成厚度为1nm～2nm的第一类金刚石碳层的操作中，所述电压为600V～1200V。在一个实施例中，所述在所述第一类金刚石碳层上沉积形成厚度为2nm～20nm的第二类金刚石碳层的操作中，所述电压为2000V～3000V。一种镀膜基材，所述镀膜基材通过上述的离子束源沉积制备镀膜基材的方法制得；所述镀膜基材包括依次层叠的基材、介质层、第一类金刚石碳层以及第二类金刚石碳层；所述介质层的材料为ZrO或SiOxNy，其中，0.1<x<2，0.1<y<4/3；所述第一类金刚石碳层的厚度为1nm～5nm，所述第一类金刚石碳层中含有C-H键、以sp2的形式结合的C-C键以及以sp3的形式结合的C-C键；所述第二类金刚石碳层的厚度为2nm～20nm，所述第二类金刚石碳层中含有C-H键、以sp2的形式结合的C-C键以及以sp3的形式结合的C-C键。在一个实施例中，所述第二类金刚石碳层中，所述C-H键、所述以sp2的形式结合的C-C键和所述以sp3的形式结合的C-C键之和与所述以sp3的形式结合的C-C键之间的比例为100：30～70。在一个实施例中，所述第二类金刚石碳层中，所述C-H键、所述以sp2的形式结合的C-C键和所述以sp3的形式结合的C-C键之和与所述以sp3的形式结合的C-C键之间的比例为100：50～60。这种镀膜基材的外表面形成有第二类金刚石碳层，第二类金刚石碳层中含有C-H键、以sp2的形式结合的C-C键以及以sp3的形式结合的C-C键，从而兼具了金刚石的高硬度和石墨表面低摩擦系数的优良特性，提高了镀膜基材的硬度，同时使得镀膜基材有较低的摩擦系数和优异的抗酸碱腐蚀能力。附图说明图1为一实施方式的离子束源沉积制备镀膜基材的方法的制备方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。如图1所示的一实施方式的离子束源沉积制备镀膜基材的方法，包括如下步骤：S10、提供基材。基材的材料可以为玻璃、金属或陶瓷。优选的，S10还包括对基材进行预处理的过程，具体可以为：对基材清洗干燥。S20、在S10得到的基材表面形成介质层。介质层的材料为ZrO或SiOxNy，其中，0.1<x<2，0.1<y<4/3。优选的，介质层的材料为ZrO或SiON2/3。介质层的厚度为1nm～300nm，优选为5nm～100nm，最优选为10nm～50nm。可以通过磁控溅射沉积的方法在基材表面沉积形成介质层。S30、以碳原子数为1～12的碳氢化合物为气体碳源，控制气体碳源的流量为10sccm/m～500sccm/m，同时控制本底真空度为10-2mbar～10-7mbar、电压为500V～1200V、加速本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种离子束源沉积制备镀膜基材的方法，其特征在于，包括如下步骤：提供基材；在所述基材表面形成介质层，所述介质层的材料为ZrO或SiOxNy，其中，0.1

【技术特征摘要】
1.一种离子束源沉积制备镀膜基材的方法，其特征在于，包括如下步骤：提供基材；在所述基材表面形成介质层，所述介质层的材料为ZrO或SiOxNy，其中，0.1<x<2，0.1<y<4/3；以碳原子数为1～12的碳氢化合物为气体碳源，控制所述气体碳源的流量为10sccm/m～500sccm/m，同时控制本底真空度为10-2mbar～10-7mbar、电压为600V～1200V、加速磁场的强度为0.01kG～5kG，在所述介质层上沉积形成厚度为1nm～5nm的第一类金刚石碳层；以及调整所述电压为1500V～3000V，其他条件保持不变，在所述第一类金刚石碳层上继续沉积形成厚度为2nm～20nm的第二类金刚石碳层，得到镀膜基材。2.根据权利要求1所述的离子束源沉积制备镀膜基材的方法，其特征在于，所述基材的材料为玻璃、透明材料、金属或陶。3.根据权利要求1所述的离子束源沉积制备镀膜基材的方法，其特征在于，所述介质层的厚度为1nm～300nm。4.根据权利要求1所述的离子束源沉积制备镀膜基材的方法，其特征在于，所述碳原子数为1～12的碳氢化合物选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯和丙炔中的至少一种。5.根据权利要求1所述的离子束源沉积制备镀膜基材的方法，其特征在于，所述在所述介质层的表面沉积形成厚度为1nm～5nm的第一类金刚石碳层的操作中，所述气体碳源的流量为60sccm/m～100sccm/m，所述本底真空度为10-3mbar～10-4mbar。6.根据权利要求1所述的离子束源沉积制备镀膜基材的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕宜超，王琦，崔平生，何顺卿，黄剑，
申请(专利权)人：中国南玻集团股份有限公司，深圳南玻应用技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44