采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法
专利汇可以提供采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种热 电子 等离子体 制备类金刚石涂层的方法，其包括打底过渡层及类金刚石涂层；其通过利用电磁增强 磁控溅射 制备打底过渡层，随后既可以利用弧光强流热电子等离子体也可以利用 灯丝 热电子等离子体制备类金刚石涂层；其中弧光强流热电子是通过中心 阳极 将带有 挡板 的 电弧 放电过程中的电子引出，灯丝热电子是通过加热高温灯丝，灯丝发射电子在 磁场 及 电场 的作用引出，热电子在向阳极运动过程中，与气体发生碰撞并离化，离化的 碳 离子沉积在 工件 表面获得类金刚石涂层；弧光强流热电子及灯丝热电子束流大，在电场及磁场作用下碳氢气体的离化率急剧增大，增大了沉积速率。，下面是采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法专利的具体信息内容。
1.一种采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，待镀工件的等离子清洗：所述等离子清洗为将真空腔室抽至本底真空5E-3pa以下时，通入流量为50-500sccm的氩气及流量为50-500sccm氢气，随后启动弧光强流热电子装置中的电弧离子镀弧源，电流80-120A，中心阳极接弧电源正极，在20-500V的偏压梯度，利用氩离子及氢离子对待镀工件进行清洗，随后关闭氢气，利用氩气对待镀工件进行表面活化及清洗；
第二步，打底过渡层的沉积: 所述打底过渡的沉积为利用电磁增强磁控溅射阴极及中心阳极所形成的环形闭合磁场及正交电磁场实现打底过渡层的沉积；所述电磁增强磁控溅射阴极为四组，其中两组金属Cr靶，两组WC靶；将第一步中等离子体清洗过程后的待镀工件将进行以下步骤：
、先开启金属Cr靶，调节金属Cr靶功率为5-20kw，转架上施加1-100V的负偏压，中心阳极施加1-25V的正电压，磁控溅射阴极上装配的电磁增强线圈电流为1-5A，在环形闭合磁场及正交电磁场的作用下沉积厚度为0-1um的金属打底过渡Cr层；
B、随后开启WC靶，并通过调节靶功率实现金属Cr及WC的复合梯度层，其中金属Cr靶的功率从5-20Kw降至1-5Kw，WC靶功率从1-5Kw升至5-20kw；转架上施加1-100V的负偏压，中心阳极施加1-25V的正电压，磁控溅射阴极上装配的电磁增强线圈电流为1-5A，在环形闭合磁场及正交电场的作用下沉积一定厚度0-2um的梯度复合层；随后以稳定的靶功率参数沉积厚度为0-3um的复合层，其中WC靶功率为5-20kw，金属Cr靶功率为1-5Kw；
C、然后再通入流量为0-300sccm的乙炔，关闭金属Cr靶，WC靶功率为5-20Kw，转架上施加0-100V的负偏压，中心阳极施加1-50V的正电压，磁控溅射阴极上装配的电磁增强线圈电流为1-5A，在环形闭合磁场及正交电场的作用下沉积厚度为0-2um的梯度WC-H层；随后以稳定的靶功率及气体流量参数沉积厚度为0-3um的WC-H层，其中WC靶功率为5-20kw，乙炔流量为150-300sccm；
第三步，类金刚石涂层的沉积：类金刚石涂层是通过热电子等离子体技术制备而成，热电子等离子体技术包括弧光强流热电子及灯丝热电子，其中弧光强流热电子是通过利用弧光放电中弧源前放置挡板，并且弧源正极接中心阳极，挡板遮挡住放电过程产生的离子、大颗粒等粒子，而电子将绕过挡板向中心阳极运动，从而大量的热电子被引出；灯丝热电子是通过大束流经过高熔点的灯丝，灯丝受热大量电子会溢出，同时灯丝上将叠加一个负电压，与灯丝位置相对应的阳极上施加正电压，受热溢出的热电子在电场作用下将从灯丝装置中被引出；被引出的热电子在向阳极运动的过程中，受磁场及电场的作用，电子将会与气体发生碰撞，并对其离化，从而可将碳氢气体离化在待镀工件表面沉积类金刚石涂层。
2.根据权利要求1所述的采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法，其特征在于：所述第一步中，待镀工件的等离子清洗为灯丝热电子清洗，待真空腔室抽至本底真空
5E-3pa以下时，通入100-500sccm的氩气，灯丝通入150-180A大束流电流，随后开启阳极电源，阳极上施加+10-+50V的正电压，热电子受电场作用被引出，转架上施加40-500V梯度的偏压，利用离化的氩离子对待镀工件进行活化及清洗。
3.根据权利要求1所述的采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法，其特征在于：所述第三步中，利用弧光强流热电子沉积类金刚石涂层，待打底过渡层沉积完成后，关闭WC靶，氩气流量控制为50-200sccm，乙炔流量为100-500sccm，电磁增强线圈电流为1-
5A，中心阳极接弧电源正极，转架偏压为40-400V，启动弧光强流热电子装置中的电弧离子镀弧源，电流80-120A，引出的热电子离化碳氢气体，在待镀工件上获得类金刚石涂层。
4.根据权利要求1所述的采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法，其特征在于：所述第三步中，利用灯丝热电子沉积类金刚石涂层，待打底过渡层沉积完成后，关闭WC靶，氩气流量控制为100-300sccm，乙炔流量为200-700sccm，电磁增强线圈电流为1-5A，灯丝阳极接10-50V的电源正极，转架偏压为20-400V，灯丝上的大电流为150-180A，受灯丝阳极电场作用大量热电子被引出，引出的热电子离化碳氢气体，在待镀工件上获得类金刚石涂层。
5.根据权利要求4所述的采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法，其特征在于：所述灯丝热电子为单个灯丝组件及底部阳极，或为多个灯丝组件及中心阳极。
6.根据权利要求4所述的采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法，其特征在于：所述灯丝热电子的阳极加载电源的控制方式为恒压模式的电压控制或恒流模式的电流控制。
7.根据权利要求1所述的采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法，其特征在于：所述电磁增强磁控溅射阴极为非平衡磁控溅射阴极及装配在阴极上的电磁线圈，所述电磁线圈可以为单个套装在磁控溅射阴极安装法兰上的电磁增强外线圈和套装在磁靴组件上的电磁增强内线圈，也可以为同时装配在磁控溅射阴极安装法兰上的电磁增强外线圈和电磁增强内线圈，其中所述电磁增强外线圈施加直流电源，所述电磁增强内线圈既可以施加直流电源，也可以为电压可调、波形可选、频率可调的脉冲线圈，其所述脉冲线圈的波形包括矩形波、三角波、正旋波、余旋波。
采用热电子等离子体技术制备类金刚石涂层的方法
技术领域
背景技术
冲激光沉积能耗高，涂层均匀性差，有效沉积区小；热丝气相沉积技术沉积温度高，极大地限制了基体材料的范围；PECVD虽然有效的降低了反应温度，但沉积过程中沉积效率较低，碳原子离化率低，成膜质量结构不够致密。
场的影响，靶面刻蚀沟道影响靶材的使用寿命，增大了类金刚石涂层的制备成本。
化，离化的碳粒子沉积在电场的作用下沉积在待镀工件上。这种方式的主要缺点包括：一、沉积速率慢、非类金刚石相多，常规辉光放电碳氢气体离化率低，离子能量低，形成的类金刚石涂层中，非SP3键含量高；二、待镀工件易打火，良品率低，施加高偏压，沉积绝缘涂层，待镀工件上易出现电子聚集打火，影响待镀工件表面涂层质量及良品率。
发明内容
控溅射阴极为四组，其中两组金属Cr靶，两组WC靶；将第一步中等离子体清洗过程后的待镀工件将进行以下步骤：
沉积厚度为0-3um的复合层，其中WC靶功率为5-20kw，金属Cr靶功率为1-5Kw；
利用弧光放电中弧源前放置挡板，并且弧源正极接中心阳极，挡板遮挡住放电过程产生的
离子、大颗粒等粒子，而电子将绕过挡板向中心阳极运动，从而大量的热电子被引出；灯丝热电子是通过大束流经过高熔点的灯丝，灯丝受热大量电子会溢出，同时灯丝上将叠加一
个负电压，与灯丝位置相对应的阳极上施加正电压，受热溢出的热电子在电场作用下将从
灯丝装置中被引出；被引出的热电子在向阳极运动的过程中，受磁场及电场的作用，电子将会与气体发生碰撞，并对其离化，从而可将碳氢气体离化在待镀工件表面沉积类金刚石涂
层。
套装在磁靴组件上的电磁增强内线圈，也可以为同时装配在磁控溅射阴极安装法兰上的电
磁增强外线圈和电磁增强内线圈，其中所述电磁增强外线圈施加直流电源，所述电磁增强
内线圈既可以施加直流电源，也可以为电压可调、波形可选、频率可调的脉冲线圈，其所述脉冲线圈的波形包括矩形波、三角波、正旋波、余旋波。
来说是通过多组电磁增强的磁控溅射阴极所形成的环形闭合磁场，利用辉光溅射靶材原
子，环形闭合磁场及中心阳极的存在增大了电子的运动行程及碰撞次数，提高了溅射速率
及粒子离化率，从而获得较好结合力的打底过渡层；
板，并且弧源正极接中心阳极，挡板遮挡住放电过程产生的离子、大颗粒等粒子，而电子将绕过挡板向中心阳极运动，从而大量的热电子被引出；灯丝热电子是通过大束流经过高熔
点的灯丝，灯丝受热大量电子会溢出，同时灯丝上将叠加一个负电压，与灯丝位置相对应的阳极上施加正电压，受热溢出的热电子在电场作用下将从灯丝装置中被引出；被引出的热
电子在向阳极运动的过程中，受磁场及电场的作用，电子将会与气体发生碰撞，并对其离
化，从而可将碳氢气体离化在待镀工件表面沉积类金刚石涂层；被引出的热电子不仅可以
沉积制备类金刚石涂层，还可以作为电子源对待镀工件表面进行辉光清洗，利用被引出的
电子离化氩气及氢气，并配合转架上偏压，大量气体阳离子轰击转架上的待镀工件，可实现转架上待镀工件的高效清洗。
的拉长电子的运动行程，增大电子与气体原子、溅射粒子的碰撞几率，增大等离子体的浓
度，提高溅射粒子的离化率，从而有更多的气体离子轰击待镀工件表面，增大梯度层的结合力及致密性；同时弧光放电中的热电子及灯丝受热溢出的热电子受电场作用引出，引出的
热电子与工艺气体发生碰撞，在闭合磁场及中心阳极的电磁场作用下，高能电子相较于常
规辉光放电产生的电子能量高、束流大，可高效离化工艺气体，既可以轰击待镀工件，对待镀工件完成清洗及表面活化，还可以大束流离化碳氢气体，在待镀工件表面沉积获得类金
刚石涂层，沉积过程中的其他工艺气体轰击待镀工件表面，有益于提升涂层的致密性，优化涂层结构。
附图说明
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
具体实施方式
强流热电子组件13及矩形灯丝组件15装配在两组磁控溅射阴极组件12之间，磁控溅射阴极
120的磁靴上可套装电磁增强内线圈122，磁控溅射阴极120安装法兰上可套装电磁增强外
线圈121；圆灯丝11装配在真空腔体的门上端面，并与圆灯丝底部阳极16同心，圆灯丝底部阳极16装配在门下端面。
将连接弧源电源的正极，电弧离子镀弧源阴极体上连接弧源电源负极，弧源前放置的挡板
电位悬浮；多组灯丝组成的矩形灯丝组件上，每个灯丝分别接通灯丝电源，同时灯丝上叠加阳极电源的负极，中心阳极上联通阳极电源正极。
形闭合磁场及正交电磁场中受约束作用发生螺旋运动，将会增大电子的运动行程，从而增
大与溅射粒子、辉光放电气体粒子的碰撞几率，增大了等离子体强度，提高了粒子的离化
率，从而能够更好的增加溅射粒子的离化率，提高类金刚石涂层打底过渡层的致密性、结合力，同时利用中心阳极及底部阳极的存在将弧光强流热电子及灯丝热电子引出，在电场及
磁场的作用下，高效离化工艺气体，从而实现高效的等离子体清洗及类金刚石涂层的制备。
用下，会受到底部阳极电场作用，被吸引到底部水冷阳极上，在电子运动过程中，会有工艺气体发生碰撞，从而离化气体，高效轰击待镀工件表面，完成等离子清洗；同时磁控溅射辉光放电过程中，磁控溅射放电过程中的电子在环形闭合磁场及电场的作用下，会受到电场
作用，被吸引到水冷阳极上，在电子运动过程中，由于受到正交约束，会与工艺气体、溅射粒子发生大量碰撞，这一过程中有效的提高了溅射速率及溅射粒子的离化率；随后的热电子
等离子体制备类金刚石涂层中，热电子被圆灯丝底部阳极16引出，热电子在环形闭合磁场
的作用下，会受到电场作用，被吸引到底部水冷阳极上，在电子运动过程中，会与碳氢气体发生碰撞，正交电场及环形闭合磁场将极大的增加电子的自由程，与更多的粒子发生碰撞，以此获得高质的类金刚石涂层。
模式为恒流控制。
有一定厚度(0-2um)的金属Cr与WC的混合梯度层，待沉积到一定厚度时，关闭金属Cr靶，通过梯度调节碳氢气体的组分(碳氢气体20-200sccm，后稳定沉积)沉积一定厚度(0-3um)的
WC-H梯度层，待沉积到一定厚度时，关闭硬质合金WC靶，开启磁控溅射阴极上的电磁增强线圈2.5A,中心阳极+15V，通入乙炔500sccm，氩气200sccm，压强控制在 5pa左右，开启圆灯丝电流180A，底部阳极电流60A，利用灯丝溢出的热电子在环形闭合磁场及正交电场作用下产生的高能等离子体辉光放电离化碳氢气体，从而获得一定厚度的类金刚石涂层。
粒子的离化率，一方面增大了溅射区域，另一方面极大的提高了溅射粒子的离化率，有效的提升了打底过渡层的质量；中心阳极的存在提高了电子的运动速度及行程，增大了电子的
有效碰撞次数，提升了等离子体的浓度，另一方面圆形灯丝组件所产生的热电子等离子体
降低了辉光放电中的放电电压，提升了清洗效果，更重要的是提升了碳粒子的离化率、减少了碳聚集的效果，极大的提升了类金刚石涂层中SP3的含量。
溅射阴极法兰上的外线圈；矩形灯丝组件上装配有六组灯丝，其中1、3、5串联，2、4、6串联，两组灯丝将周期性使用，中心阳极上的灯丝阳极电源将使用恒压模式。
装配套装在磁控溅射阴极安装法兰上的外线圈作为电磁增强线圈。
子的离化率，一方面增大了溅射区域，另一方面极大的提高了溅射粒子的离化率，有效的提升了打底过渡层的质量；中心阳极的存在提高了电子的运动速度及行程，增大了电子的有
效碰撞次数，提升了等离子体的浓度，另一方面矩形灯丝组件所产生的热电子等离子体降
低了辉光放电中的放电电压，提升了清洗效果，更重要的是提升了碳粒子的离化率、减少了碳聚集的效果，极大的提升了类金刚石涂层中SP3的含量。
侧边，弧源前端装配有悬浮电位的挡板；在弧光放电过程中，弧光强电子流被中心阳极引
出，热电子在环形闭合磁场与阳极电场的正交作用下，被吸引到中心阳极上，在电子运动过程中，会与工艺气体发生大量碰撞，从而离化气体，高效轰击待镀工件表面，完成等离子清洗；同时磁控溅射辉光放电过程中，磁控溅射放电过程中的电子在环形闭合磁场及阳极电
场的正交作用下，被吸引到中心阳极上，在电子运动过程中，会与工艺气体、溅射粒子发生碰撞，在这一过程中有效的提高了溅射速率及溅射粒子的离化率；随后的热电子等离子体
制备类金刚石涂层中，弧光放电中的热电子被中心阳极引出，热电子在环形闭合磁场及阳
极电场的正交作用下，被吸引到水冷阳极上，在电子运动过程中，会与碳氢气体发生大量碰撞，正交电场及环形闭合磁场将极大的增加电子的自由程，与更多的粒子发生碰撞，以此获得高质的类金刚石涂层。
60-200V，随后以稳定的偏压进行清洗；
(0-2um)的金属Cr与WC的混合梯度层，待沉积到一定厚度时，关闭金属Cr靶，通过梯度调节碳氢气体的组分(碳氢气体20-200sccm，后稳定沉积)沉积一定厚度(0-2um) 的WC-H梯度
层；
生的高能等离子体辉光放电离化碳氢气体，从而获得一定厚度的类金刚石涂层。
子的离化率，一方面增大了溅射区域，另一方面极大的提高了溅射粒子的离化率，有效的提升了打底过渡层的质量；中心阳极的存在提高了电子的运动速度及行程，增大了电子的有
效碰撞次数，提升了等离子体的浓度；另一方面弧光强流热电子组件所产生的热电子等离
子体降低了辉光放电中的放电电压，提升了清洗效果，更重要的是提升了碳粒子的离化率、减少了碳聚集的效果，极大的提升了类金刚石涂层中SP3的含量。
此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完
成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
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