表面结构化复合涂层制备方法及其装置

摘要

一种表面结构化复合涂层制备方法及其装置，属于表面工程的薄膜涂层。用于表面结构化复合涂层制备方法的专用装置是紫外脉冲激光多功能表面处理系统装置，紫外脉冲激光多功能表面处理系统装置包括脉冲激光模块、精密扫描模块和环境调控模块，脉冲激光模块、精密扫描模块和环境调控模块顺序连接；本发明按照如下的步骤实现：前期准备、表面结构化处理、复合涂层沉积和后处理。优点：本发明构思新颖，加工方便、效率高，采用一个激光光源同时实现材料表面的结构化处理和复合涂层的沉积，工艺简单、易于控制；应用范围广，可以对任何材料进行精密的表面结构化处理，同时可以诱导多种气体的化学反应，高效的进行复合涂层沉积。

主权项

一种表面结构化复合涂层制备方法，其特征是：包括前期准备、表面结构化处理、复合涂层沉积和后处理，其中：前期准备：首先准备好进行表面结构化复合涂层制备的样品、反应气体及建立紫外脉冲激光多功能表面处理系统装置，准备建立紫外脉冲激光多功能表面处理系统装置所需的三大模块组件，三大模块组件即脉冲激光模块、精密扫描模块、环境调控模块，按照脉冲激光模块、精密扫描模块、环境调控模块依次连接；反应气体采用WF6/C6H6、SiH4/NH3或Si2H6/O2组合，纯度不小于99.9％；背景气体采用SF6或N2，纯度不小于99％；表面结构化处理：样品台在计算机的控制下进行旋转，计算机能够控制激光焦点在样品表面按照程序设定的轨迹扫描，实现可控的图案化处理；进行表面结构化处理时，调节激光能量密度在1J/cm2以上，设定X‑Y振镜的扫描速度在5～500mm/s之间、样品台的旋转速度0.1～100转/秒之间，先把反应室抽真空，真空度10‑3Pa以上，然后再充入表面结构化过程中需要的背景气体，背景气体为刻蚀气体即SF6或N2，通过计算机程序控制激光焦点在样品表面的扫描路径，对样品进行表面结构化加工，激光焦点直径在20～200μm之间；复合涂层沉积：控制激光的能量密度调节样品表面的温度和反应气体的化学反应速度，从而调控涂层的沉积速度；反应气体由一路或者多路的不同气体同时输入或者分阶段输入，实现对样品的不同成分、不同梯度的复合涂层沉积；在复合涂层沉积时，调节激光的能量密度于0.05～0.4J/cm2之间，充入沉积涂层或复合涂层的反应气体，反应气体为WF6/C6H6、SiH4/NH3或Si2H6/O2组合，通过计算机控制样品台的旋转，转速小于10转/秒，实现在表面结构化处理后的样品表面进行复合涂层的沉积；后处理：关闭反应气体，充入氮气，关闭紫外脉冲激光多功能表面处理系统装置，取出样品，自然干燥或在80～100℃下烘干30min。