具有纳米结构的超润滑非晶碳薄膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种具有纳米结构的超润滑非晶碳薄膜的制备方法。采用射频磁控溅射物理气相沉积技术制备的薄膜，在高真空环境下具有超润滑性能的硅、铝共掺杂的含氢非晶碳薄膜，该种薄膜具有纳米网络状及类富勒烯复合的纳米结构，具有极为优异的弹性恢复性能。此外，即使薄膜的纳米硬度较低，属于软质薄膜，在真空环境下表现出了优异的摩擦磨损性能，最低摩擦系数达到0.001，磨损率低至10^-19m³/N·m数量级。该种薄膜均匀致密，与金属基材料结合牢固，作为固体润滑及密封材料，在真空环境中的各种机械运动部件方面具有良好的应用前景。

主权项

一种具有纳米结构的超润滑非晶碳薄膜的制备方法，其特征在于采用射频磁控溅射物理气相沉积技术制备，具体操作步骤为：1）用无水乙醇和丙酮分别超声清洗的单晶硅片，吹干后置于固体润滑薄膜沉积系统的沉积室中，然后进行抽真空；2）当真空度高于5.0×10^‑4 Pa时，通氩气于沉积室中，在占空比为70.0%、脉冲直流负偏压700‑1000 V的条件下用氩(Ar)等离子体进行溅射清洗基材25‑35min；3）过渡层由纯Ar等离子体溅射孪生钛靶或Si/Al混合靶材，面积比A_铝/A_硅=1/8制得，制备条件为中频频率40 KHz电流2.0 A，氩气流量为40.0 sccm，工作压强为4.0‑5.0 Pa，基底偏压为‑200 V，靶材与基材距离为9‑10 cm，沉积时间为8‑12 min ；4）将甲烷气和氩气以1:7比例混合后通入反应室中，在工作压强为0.5‑1.2 Pa的条件下开启射频电源，频率 27.12 MHz, 功率为400‑700 W，在自偏压的作用下，产生的含有C和Ar的等离子体共同溅射Si/Al混合靶材，面积比为A_铝/A_硅=1/8；5）薄膜沉积过程中，基材无额外加热，且负偏压为0‑50V。