类石墨含氢碳膜、制备方法及光学薄膜技术

本发明专利技术主要目的在于提供一种类石墨含氢碳膜、制备方法及光学薄膜。所述方法包括以下步骤：将清洁的基体置于输出极板上，在输出极板施加<100V的负偏压；真空气氛下，通入碳氢气体进行等离子体增强化学气相沉积；所述碳氢气体为甲烷和/或氢气；所述沉积的温度≤100℃。所要解决的技术问题是制备一种具有低应力(<0.3GPa)的类石墨含氢碳膜；将其沉积在锗、硅、蓝宝石硫化锌、硒化锌、硫系玻璃表面起到物理、化学防护、防潮和红外增透的作用；将其沉积在聚四氟乙烯薄膜等不耐高温、温度膨胀系数较大的柔性基体表面，膜基结合性良好，可以随基体任意弯曲，起到物理、化学防护和摩擦润滑的作用；从而更加适合使用。

Graphite like carbon film, preparation method and optical film

【技术实现步骤摘要】
类石墨含氢碳膜、制备方法及光学薄膜
本专利技术属于防护膜
，具体涉及一种类石墨含氢碳膜、制备方法以及应用所述类石墨含氢碳膜的光学薄膜。
技术介绍
类金刚石(DLC)膜是由C的sp2键和sp3键组成的具有无定形结构的薄膜。DLC膜硬度高、摩擦系数小、抗摩擦磨损、抗高速风沙和雨水的冲击能力强；化学稳定性好，抗化学腐蚀能力强，具有良好的生物相容性，疏水性；在2μm～20μm红外波段具有良好透过性能；折射率n≈2，和高折射率红外材料硅(n≈3.5)、锗(n≈4)有良好的单点增透匹配性和膜基结合性。已广泛应用在硅、锗红外透镜、刀具，轴承，磁盘，人工关节等表面，起到良好的抗摩擦磨损、化学防护和红外增透的作用。但传统DLC膜的应力大，沉积温度高，与硫系玻璃、ZnS、ZnSe等基体结合性能差，也难以沉积在聚四氟乙烯等柔性基体表面。目前，降低DLC膜内应力，提高膜基结合力的方式主要有两类：第一类是采用元素掺杂，该方法虽然可以降低DLC膜层的内应力，但是会在膜内引入外来元素，使得此类DLC膜只能用于工件表面起到抗摩擦磨损的作用，而不具有良好的光学性能，且其制备工艺复杂；第二类是在DLC膜和基体之间引入过渡层Ti，Cr等，其中DLC膜的内应力并未降低，而是被过渡层部分给予缓冲和抵消，其主要应用在工件表面起到抗摩擦磨损的作用，也不具有良好的光学性能。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种类石墨含氢碳膜、制备方法以及应用所述类石墨含氢碳膜的光学薄膜，所要解决的技术问题是通过控制碳膜的镀制工艺使所得到的类石墨含氢碳膜具有低应力(<0.3GPa)；将其沉积在锗、硅、蓝宝石硫化锌、硒化锌、硫系玻璃表面起到物理、化学防护、防潮和红外增透的作用；将其沉积在聚四氟乙烯薄膜等不耐高温、温度膨胀系数较大的柔性基体表面，膜基结合性良好，可以随基体任意弯曲，起到物理、化学防护和摩擦润滑的作用；从而更加适合使用。本专利技术的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种类石墨含氢碳膜的制备方法，其包括以下步骤：将清洁的基体置于输出极板上，在输出极板施加<100V的负偏压；真空气氛下，通入碳氢气体进行等离子体增强化学气相沉积；其中，所述碳氢气体为甲烷和/或氢气；所述沉积的温度≤100℃。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的方法，其中所述的沉积为射频等离子体增强化学气相沉积。优选的，前述的方法，其中所述的碳氢气体的流量≥5sccm，其工作压力2～10Pa。优选的，前述的方法，其中所述的基体按照以下步骤清洁：1)采用乙醇和/或乙醚擦洗基体表面；2)将擦洗后的基体置于输出极板上；3)真空气氛下，通入高纯氩气，起辉，调节负偏压，清洗基体；其中，输入极板与输出极板的间距为1～50cm。优选的，前述的方法，其中步骤3)所述的负偏压为20V～80V，所述的清洗时间为3min～10min。优选的，前述的方法，其中所述的真空气氛为真空度≤3×10-3Pa。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种根据前述方法制备的类石墨含氢碳膜，所述碳膜的成分均一，其中H元素的原子个数百分含量≥20％。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。优选的，前述的类石墨含氢碳膜，其压应力≤0.3GPa，纳米硬度为1～10GPa。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种应用前述的类石墨含氢碳膜的光学薄膜，所述的基体选自锗、硅、蓝宝石、硫化锌、硒化锌或硫系玻璃中的一种；所述的类石墨含氢碳膜在所述光学薄膜中具有物理防护、化学防护、防潮和红外增透的作用。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种应用前述的类石墨含氢碳膜的光学薄膜，所述的基体选自柔性基体；所述的类石墨含氢碳膜与基体的结合性良好，其能够随所述的基体任意弯曲。借由上述技术方案，本专利技术提出的一种类石墨含氢碳膜、制备方法及光学薄膜至少具有下列优点：1、本专利技术提出的类石墨含氢碳膜的制备方法，通过对工作气体以及工作功率的控制，使其能在低温条件下(低于100℃)下镀制薄膜，工艺操作简单，且节约能源；同时，较低的工作功率使其能够以较低的离子能量进行镀膜，抑制了C-Csp3结构的形成；进一步的，通过工作气体引入的H元素可以使碳膜中的C-Csp3结构团簇转变为C-Hsp3结构团簇。而C-Hsp3结构团簇的内应力低；本专利技术通过控制负偏压来控制沉积离子能量，通过向真空室内通入含氢量高的碳氢气体，或者碳氢气体和氢气的混合气体，向膜层中引入较多的氢元素，从而降低膜层应力；2、本专利技术提出的类石墨含氢碳膜，其压应力低(<0.3GPa)，膜基结合性好，特别适合应用在柔性基体和高膨胀基体表面；3、本专利技术提出的类石墨含氢碳膜及其制备方法，其能将碳膜沉积在锗、硅、蓝宝石硫化锌、硒化锌或硫系玻璃的表面，对其起到物理、化学防护、防潮和红外增透的作用；4、本专利技术提出的类石墨含氢碳膜及其制备方法，其可以将碳膜沉积在聚四氟乙烯薄膜等不耐高温、温度膨胀系数较大的柔性基体表面，膜基结合性良好，可以随基体任意弯曲，起到物理、化学防护和摩擦润滑的作用，在军工和民用领域均具有良好的经济价值。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1、本专利技术提出的等离子体增强化学气相沉积的示意图；图2、本专利技术实施例中Si基体表面沉积碳膜的可见光拉曼光谱。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种类石墨含氢碳膜、制备方法及光学薄膜其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。本专利技术提出一种类石墨含氢碳膜的制备方法，其包括以下步骤：将清洁的基体置于输出极板上，在输出极板施加<100V的负偏压；真空气氛下，通入碳氢气体进行等离子体增强化学气相沉积；其中，所述碳氢气体为甲烷和/或氢气；所述沉积的温度≤100℃。所述的负偏压是指在镀膜过程中施加于基体上的负电压。偏压电源的正极接到真空室上，同时真空室接地，偏压的负极接到工件上。由于大地的电压一般认为是零电压，所以工件上的电压习惯说负偏压。此处的负偏压具有以下作用：一方面提供粒子能量，一方面为基体提供加热效应；同时还可以清除基体上吸附的气体和油污等，有利于提高膜层的结合强度，且可以活化基体表面。本专利技术的技术方案，通过对工作气体种类、工作功率的控制，使得在整个沉积过程中均不需要加热，可以低温完成沉积；且，所述的工作功率的控制使等离子体轰击输出极板产生的温度不超过100℃，整个镀制过程本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种类石墨含氢碳膜的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n将清洁的基体置于输出极板上，在输出极板施加<100V的负偏压；/n真空气氛下，通入碳氢气体进行等离子体增强化学气相沉积；/n其中，所述碳氢气体为甲烷和/或氢气；所述沉积的温度≤100℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种类石墨含氢碳膜的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
将清洁的基体置于输出极板上，在输出极板施加<100V的负偏压；
真空气氛下，通入碳氢气体进行等离子体增强化学气相沉积；
其中，所述碳氢气体为甲烷和/或氢气；所述沉积的温度≤100℃。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的沉积为射频等离子体增强化学气相沉积。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碳氢气体的流量≥5sccm，其工作压力2～10Pa。


4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述的基体按照以下步骤清洁：
1)采用乙醇和/或乙醚擦洗基体表面；
2)将擦洗后的基体置于输出极板上；
3)真空气氛下，通入高纯氩气，起辉，调节负偏压，清洗基体；
其中，输入极板与输出极板的间距为1～50cm。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3)所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：伏开虎，金扬利，祖成奎，刘永华，陈玮，孙丽，谭玉蔚，郝雪菲，
申请(专利权)人：中国建筑材料科学研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11