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一种类金刚石薄膜的制备方法

阅读:622发布:2024-02-10

专利汇可以提供一种类金刚石薄膜的制备方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供在类金刚石材料上,利用 等离子体 增强 化学气相沉积 法制备方式,在类金刚石表面进行 镀 膜 。利用利用双放电腔 微波 -ECR等离子体全方位注入设备,采用PECVD技术制备的DLC 薄膜 能够达到对薄膜表面改性的目的。PECVD复合技术制备的Si/SiC/DLC梯度薄膜表面光滑致密, 缺陷 少,由尺寸均匀的纳米颗粒组成。薄膜的RMS粗糙度较低,在1.5nm左右变化。利用表面轮廓仪测得梯度薄膜的厚度约为1.2±0.1μm,Si,SiC过渡层厚度大约分别为:80±10nm,100±10nm,150±10nm,200±10nm。,下面是一种类金刚石薄膜的制备方法专利的具体信息内容。

1.一种类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于使用了一种新型系统,双放电腔微波-ECR等离子体全方位注入装置,同时应用了电子回旋共振和全方位离子注入技术,在低工作气压下实现了较高的等离子体密度,微波ECR全方位离子注入系统抽真空部分由机械和分子泵组成,最低气压可以抽到10-4Pa,本发明真空抽到4.0×10-3Pa,等离子产生是根据电子回旋共振原理设计的,主真空室为圆柱形腔体,两个ECR谐振腔相对的分别安置在主真空室两侧,微波系统是有频率为2.45 GHz的微波发生器、环形器、双向耦合器、三销钉调配器以及波导管所组成,如果线圈通有电流时能产生875 G的磁场,并且此时微波频率与电子在磁场中的回旋频率相等,便可以产生电子回旋共振进而产生等离子体,进而运用等离子体增强化学气相沉积法制备类合金薄膜。
2.根据权利要求1所述,一种类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于仪器载物台能够转动,并可以通冷却,高压电源为脉冲高压电源,负脉冲高压通过带陶瓷环的绝缘线连接到不锈样品台,调节样品台偏压的大小和频率来控制等离子体的能量和离子流密度,该设备工作特点为:低温成膜,对基体影响很小;能用多种方法成膜,能在大面积,复杂形状工件上成膜。
3.根据权利要求1所述,一种类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于选择医用NiTi合金,NiTi合金为等轴晶,其中含有夹杂物,将NiTi合金片(Ф12mm×lmm)经400、800和1200号砂纸进行机械打磨后抛光,使其抛光后表面粗糙度达到0.1μm左右。
4.根据权利要求1所述,一种类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于采用微波-ECR等离子体源系统制备梯度类金刚石薄膜,将试样置入真空室,用加离子对试样表面溅射清洗10分钟,离子的轰击和溅射作用将使表层吸附静杂质、酒污分子、化物脱离基体表面,从而大幅度改善界面状态,有助于提高膜基结合强度,将其放入真空室,真空室的需要达到的真空度为1.2×10-4Pa。
5.根据权利要求1所述,一种类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于用Ar离子对试样表面进行溅射清晰20min,然后在试样表面沉积一层Si,保持Si靶射频溅射功率200W,左右谐振线圈电流60.81A和69.3A;沉积一定时间后将Si靶射频功率降为100W,同时通入气和甲烷的混台气体,制备30min的Si/a-C:H层,最后制备DLC薄膜,保待氩气与甲烷的流量比为l:
4,真空度为2.8×10-1Pa。
6.根据权利要求1所述,一种类金刚石薄膜的制备方法,其特征在于改变Si层沉积时间,分别为20,30,60和90min,制得Si/(Si.a-c:H)/DLC结构的薄膜。

说明书全文

一种类金刚石薄膜的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种类金刚石薄膜,具体涉及等离子体增强化学气相沉积法制备方式类金刚石材料进行膜,属于合金薄膜的制备技术领域。

背景技术

[0002] 在生物材料的应用中,NiTi合金具有其他工程材料所不具备的良好特性。然而,NiTi合金植入体内后,含蛋白质、无机盐、金属和有机酸等物质的体内环境对植入物生物功能性具有不良影响,将会导致NjTi合金中Ni离子的析出。因此,如何控制NiTi合金植入物植入体内后期受体内环境的影响,提高NiTi合金植入物的生物相容性至关重要。
[0003] 类金刚石(Diamond-Like Carbon,DLC)薄膜的研究近年发展迅速,主要由于类金刚石薄膜具有很高的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、导热性、绝缘性、高的光学透过性。对和钛合金表面进行的DLC薄膜表面改性表明DLC薄膜的疏性使其具有良好的血液相容性。研究发现对医用金属材料而言,单采用物理气相沉积(PVD)或化学气相沉获(CVD)技术制备的DLC薄膜性能还不能满足植入物的需要,其中一个关键弱点是类金刚石薄膜与医用金属材料之间的结合差,这是由于薄膜与基体有不同的热膨胀性能而导致膜基之闻存在较高的内应力,从而导致应用过程中薄膜出现剥落、起皱等现象。过渡层技术因此被提出。有文献报道在Si基体上DLC薄膜能有很好的膜基结合力,而且Meneve认为金属(如304不锈)与Si之间形成的金属化物界面可以使Si沉积层与金属基体牢固结合。所以本发明采用Si作为过渡层的方法来改善类金刚石薄膜与NiTi合金之间的结合。
[0004] 利用双放电腔微波ECR等离子体源设备,采用复合PVD和PECVD的方法制备梯度类金刚石薄膜,采用划痕法研究了不同参数下制备的梯度类金刚石薄膜与基体之间的膜基结合强度,并对其变化基理进行了分斩,最后对DLC基梯度薄膜作为医用金属材料表面涂层的可行性进行评价。

发明内容

[0005] 本发明使用了一种新型系统,双放电腔微波-ECR等离子体全方位注入装置。同时应用了电子回旋共振和全方位离子注入技术,在低工作气压下实现了较高的等离子体密度。微波ECR全方位离子注入系统抽真空部分由机械和分子泵组成,最低气压可以抽到10-4Pa。本发明真空抽到4.0×10-3Pa。等离子产生是根据电子回旋共振原理设计的,主真空室为圆柱形腔体,两个ECR谐振腔相对的分别安置在主真空室两侧。微波系统是有频率
2.45 GHz的微波发生器、环形器、双向耦合器、三销钉调配器以及波导管所组成。如果线圈通有电流时能产生875 G的磁场,并且此时微波频率与电子在磁场中的回旋频率相等,便可以产生电子回旋共振进而产生等离子体。
[0006] 载物台能够转动,并可以通冷却水。高压电源为脉冲高压电源,负脉冲高压通过带陶瓷环的绝缘线连接到不锈钢样品台,调节样品台偏压的大小和频率来控制等离子体的能量和离子流密度。该设备工作特点为:低温成膜,对基体影响很小;能用多种方法成膜,能在大面积,复杂形状工件上成膜。
[0007] 本发明实施的运用等离子体增强化学气相沉积法制备类合金薄膜步骤为:(1)选择医用NiTi合金,NiTi合金为等轴晶,其中含有夹杂物,将NiTi合金片(Ф12mm×lmm)经400、800和1200号砂纸进行机械打磨后抛光。使其抛光后表面粗糙度达到0.1μm左右。
[0008] (2)采用微波-ECR等离子体源系统制备梯度类金刚石薄膜,将试样置入真空室,用加离子对试样表面溅射清洗10分钟,离子的轰击和溅射作用将使表层吸附静杂质、酒污分子、化物脱离基体表面,从而大幅度改善界面状态,有助于提高膜基结合强度。将其放入真空室,真空室的需要达到的真空度为1.2×10-4Pa。
[0009] (3)用Ar离子对试样表面进行溅射清晰20min。然后在试样表面沉积一层Si,保持Si靶射频溅射功率200W,左右谐振线圈电流60.81A和69.3A;沉积一定时间后将Si靶射频功率降为100W,同时通入气和甲烷的混台气体,制备30min的Si/a-C:H层,最后制备DLC薄膜,保待氩气与甲烷的流量比为l:4,真空度为2.8×10-1Pa。
[0010] (4)改变Si层沉积时间,分别为20,30,60和90min。制得Si/(Si.a-c:H)/DLC结构的薄膜。
[0011] 本发明的有益效果是: 相对现有技术中薄膜制备技术,本发明的方法具备操作简单、成本低廉、制备时间短、薄膜容易成型的优势,使类金刚石薄膜这一新兴材料应用于薄膜领域变成了可能。采用PECVD技术沉积DLC薄膜,射频负偏压为200V ,Ar/CH4的流量比为10/40时最适合进行薄膜制备。利用利用双放电腔微波-ECR等离子体全方位注入设备,采用PECVD技术制备的DLC薄膜能够达到对薄膜表面改性的目的。

具体实施方式

[0012] 实施例1Raman光谱采用激光功率为10mw,分辨率为2cm-2,扫描范围为400 2000cm-1。类金刚石~
薄膜的电子衍射花样表现出两个特征:两个衍射环的面间距为别为0.21nm和0.108nm,这分别于晶体金刚石(111)和(200)晶面对应。这表明薄膜中存在金刚石畴;与(002)晶面相对应的较大衍射环表明薄膜中纳米尺寸的晶体石墨畴存在。这两个特征表明制备的梯度类金刚石薄膜为无定形结构。
[0013] 实施例2将薄膜沉积到玻璃表面,然后测量其在3400 5000cm-1波段的红外透射谱。样品在~
1000-1100cm-1处出现的吸收峰是玻璃衬底的Si-O-Si键吸收峰。在高频区的吸收峰,在
2800-3100cm-1区出现较强的C-H伸展振动吸收峰。在1500cm-1同样存在吸热峰,其中
1450cm-1对应反对称变形振动吸收,1380cm-1对应CH3对称变形振动吸收。
[0014] 实施例3PECVD复合技术制备的Si/SiC/DLC梯度薄膜表面光滑致密,缺陷少,由尺寸均匀的纳米颗粒组成。薄膜的RMS粗糙度较低,在1.5nm左右变化。利用表面轮廓仪测得梯度薄膜的厚度约为1.2±0.1μm,Si,SiC过渡层厚度大约分别为:80±10nm,100±10nm,150±10nm,200±
10nm。
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