【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)提供超疏水類金剛石碳基涂層，涉及涂層材料制備。
技術(shù)介紹
1、類金剛石碳基涂層（dlc）兼具石墨和金剛石的優(yōu)良特性，比如高硬度、高耐蝕性和優(yōu)異的摩擦學(xué)性能和生物相容性等，在航空航天、精密機電和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，dlc涂層的表面能較高，疏水和抗粘附性能不夠理想，限制了其在超疏水、防結(jié)冰和自清潔等領(lǐng)域發(fā)揮作用。
2、目前，通過調(diào)控沉積工藝和進行異質(zhì)元素的摻雜等方法，對dlc涂層表面進行化學(xué)修飾，降低表面能，可以調(diào)控涂層表面潤濕性能，提高其疏水性能。但前述方法所制備涂層的疏水角范圍有限，通常不高于130°，要獲得具有超疏水性能的dlc涂層依舊面臨著諸多的挑戰(zhàn)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)提供一種具有優(yōu)異疏水性性能的類金剛石碳基涂層，解決了現(xiàn)有技術(shù)中類金剛石碳基涂層不能應(yīng)用在超疏水領(lǐng)域的技術(shù)問題。
2、本專利技術(shù)是這樣實現(xiàn)的：該涂層由氫化非晶硅底層，硅、氟共摻雜類金剛石過渡層和氟摻雜類金剛石頂層組成；
3、制備方法包括以下步驟：
4、(1)?基材表面織構(gòu)化處理
5、利用激光在基材表面進行織構(gòu)化處理，產(chǎn)生具有規(guī)律的微納米級別表面結(jié)構(gòu)；
6、(2)基材表面預(yù)濺射
7、腔室本底真空度0.6～0.9?pa，使用空心陰極等離子體浸沒沉積系統(tǒng)，利用氫氣等離子體對基材表面進行2～20?min的清潔活化；
8、(3)涂層沉積
9、通入硅烷/氬氣混合氣體，在基材表面沉
10、關(guān)閉所述硅烷/氬氣混合氣體，保持乙炔和四氟化碳繼續(xù)通入，在過渡層上沉積氟摻雜類金剛石頂層；
11、(4)四氟化碳等離子體刻蝕：
12、利用氣流量逐漸降低的四氟化碳等離子體對類金剛石涂層頂層進行刻蝕；刻蝕條件為：刻蝕時間為1～15?min，工作氣壓為8～10?pa，在陽極上施加功率為300～400?w的脈沖直流電源，頻率為15～30?hz，占空比為50～70?%，在基材上施加550～670?v的偏壓。
13、作為一種優(yōu)選地實施方式，步驟（1）中，激光加工的基本參數(shù)為：激光波長1064nm，脈沖頻率1～100?khz，加工速度100～1000?mm/s。
14、作為一種優(yōu)選地實施方式，步驟（2）中，預(yù)濺射條件為：前驅(qū)氣體為氫氣，氫氣流量為120～180?sccm，工作壓強為5～8?pa，在陽極上施加功率為250～650?w的脈沖直流電源，頻率為15～30?khz，占空比為40～50?%，在基材上施加200～800?v的偏壓。
15、作為一種優(yōu)選地實施方式，氫化非晶硅底層沉積條件為：混合氣體流量為250～450?sccm，沉積時間為3～15?min，工作氣壓為6～9?pa，硅烷的分壓為2～20?%，在陽極上施加功率為100～400?w的脈沖直流電源，頻率為15～30?hz，占空比為40～50?%，在基材上施加200～600?v的偏壓。
16、作為一種優(yōu)選地實施方式，硅、氟共摻雜類金剛石過渡層沉積條件為：沉積時間為6～40?min，工作氣壓為5～10?pa，在陽極上施加功率為100～400?w的脈沖直流電源，頻率為15～30?hz，占空比為50～70?%，在基材上施加300～700?v的偏壓。
17、作為一種優(yōu)選地實施方式，氟摻雜類金剛石頂層沉積條件為：乙炔流量為90～200sccm，四氟化碳流量為10～130?sccm，沉積時間4～40?min，工作氣壓為9～15?pa，在陽極上施加功率為100～600?w的脈沖直流電源，頻率為15～30?hz，占空比為50～70?%，在基材上施加550～750?v的偏壓。
18、作為一種優(yōu)選地實施方式，步驟（3）中，所述混合氣體包括氣體及其比例，硅烷2%和氬氣98%。
19、本專利技術(shù)的有益效果：
20、1、本專利技術(shù)采用的織構(gòu)圖案簡單，通過激光可以在基材表面快速織構(gòu)出設(shè)計的圖案；
21、2、本專利技術(shù)涂層沉積技術(shù)相比于普通的化學(xué)氣相沉積，具有沉積速率快、沉積溫度低等優(yōu)點，涂層以氫化非晶硅為底層，以氟、硅共摻雜類金剛石為過渡層，最后覆蓋氟摻雜類金剛石頂層，從而構(gòu)成具有高膜基結(jié)合強度和超疏水性的類金剛石碳基涂層；
22、3、本專利技術(shù)沉積系統(tǒng)腔室體積可變且腔室內(nèi)等離子體密度較大，可以對不同形狀的基材表面進行處理，操作簡單；
23、4、本專利技術(shù)所獲得的基材表面靜態(tài)水接觸角為140°～155°；
24、5、本專利技術(shù)所制備的涂層覆蓋均勻，與基材結(jié)合強度為10～25?n；
25、6、本專利技術(shù)所制備的涂層材料具有高硬度，硬度可達15～23?gpa；
26、7、本專利技術(shù)所得的涂層材料可用于輸水管道內(nèi)壁、易結(jié)冰表面等應(yīng)用場景。
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1.一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，該涂層由氫化非晶硅底層，硅、氟共摻雜類金剛石過渡層和氟摻雜類金剛石頂層組成，所述涂層厚度為2～15?μm；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，步驟（1）中，激光加工的基本參數(shù)為：激光波長1064?nm，脈沖頻率1～100?kHz，加工速度100～1000?mm/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，步驟（2）中，預(yù)濺射條件為：前驅(qū)氣體為氫氣，氫氣流量為120～180?sccm，工作壓強為5～8?Pa，在陽極上施加功率為250～650?W的脈沖直流電源，頻率為15～30?kHz，占空比為40～50?%，在基材上施加200～800?V的偏壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，氫化非晶硅底層沉積條件為：混合氣體流量為250～450?sccm，沉積時間為3～15?min，工作氣壓為6～9?Pa，硅烷的分壓為2～20?%，在陽極上施加功率為100～400?W的脈沖直流電源，頻率為15～30Hz，占空比為40～50?%，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，硅、氟共摻雜類金剛石過渡層沉積條件為：沉積時間為6～40?min，工作氣壓為5～10?Pa，在陽極上施加功率為100～400?W的脈沖直流電源，頻率為15～30?Hz，占空比為50～70?%，在基材上施加300～700?V的偏壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，氟摻雜類金剛石頂層沉積條件為：乙炔流量為90～200?sccm，四氟化碳流量為10～130?sccm，沉積時間4～40?min，工作氣壓為9～15?Pa，在陽極上施加功率為100～600?W的脈沖直流電源，頻率為15～30?Hz，占空比為50～70?%，在基材上施加550～750?V的偏壓。
7.根據(jù)權(quán)利和要求1所述的一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，步驟（3）中，所述混合氣體包括氣體及其比例，硅烷2%和氬氣98%。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，該涂層由氫化非晶硅底層，硅、氟共摻雜類金剛石過渡層和氟摻雜類金剛石頂層組成，所述涂層厚度為2～15?μm；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，步驟（1）中，激光加工的基本參數(shù)為：激光波長1064?nm，脈沖頻率1～100?khz，加工速度100～1000?mm/s。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，步驟（2）中，預(yù)濺射條件為：前驅(qū)氣體為氫氣，氫氣流量為120～180?sccm，工作壓強為5～8?pa，在陽極上施加功率為250～650?w的脈沖直流電源，頻率為15～30?khz，占空比為40～50?%，在基材上施加200～800?v的偏壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超疏水類金剛石碳基涂層，其特征在于，氫化非晶硅底層沉積條件為：混合氣體流量為250～450?sccm，沉積時間為3～15?min，工作氣壓為6～9?pa，硅烷的分壓為2～20?%，在陽極上施加功率為100～400...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張曉，郝俊英，劉瑞文，魯曉龍，剡珍，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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