專利名稱：一種鍍銀鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于離子束材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種非晶碳涂層的制備方法，尤其是ー種鍍銀鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，通信、遙感和衛(wèi)星系統(tǒng)中使用的大功率微波器件的設(shè)計(jì)方法和技術(shù)手段有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。我國(guó)通信衛(wèi)星有效載荷正在向大容量、大信道、大功率方向發(fā)展，近年來(lái)成功發(fā)射的衛(wèi)星中，最大的單信道飽和功率已高達(dá)120W以上。但是，二次電子倍増放電仍然是ー個(gè)容易反復(fù)發(fā)作的問(wèn)題，因而受到越來(lái)越多的關(guān)注，抗二次電子倍増放電是衛(wèi)星技術(shù)中的急待解決的問(wèn)題之ー。減小微波器件表面二次電子發(fā)射系數(shù)是ー種非常有效的抗二次電子倍增放電的方法，而鍍銀鋁基體表面涂層不同材料特性，以及表面微結(jié)構(gòu)變化等因素都影響表面二次電子發(fā)射系數(shù)，因此通過(guò)改變表面涂層材料及表面微結(jié)構(gòu)能夠有效的調(diào)控表面二次電子發(fā)射系數(shù)?？梢蕴岣咴谖⒉ㄆ骷卸坞娮颖对龇烹姷拈撝?。目前在鋁基表面鍍銀膜廣泛引用于微波器件的抗二次電子倍增放電，但是由于銀的二次電子發(fā)射系數(shù)不是特別小，這ー技術(shù)抗二次電子倍增放電的能力有限，因此急需要ー種新的技術(shù)手段來(lái)減小鋁基表面銀膜的二次電子發(fā)射系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供ー種鍍銀鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法，該方法制備的非晶碳薄膜涂層，涂層薄，導(dǎo)熱性好，具有導(dǎo)電性，同時(shí)二次電子發(fā)射系數(shù)小，非常適合應(yīng)用在微波器件表面抑制表面二次電子發(fā)射，提高微波器件二次電子倍增放電的閾值。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的該種鍍銀鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法，具體包括以下步驟(I)基體預(yù)處理首先對(duì)作為基體的鍍銀鋁材料表面進(jìn)行酒精脫水，然后放入丙酮溶液中，用超聲波清洗，氮?dú)獯蹈桑?2)離子清洗將預(yù)處理后的基體放入鍍膜機(jī)真空室的轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行離子清洗；(3)形成非晶碳薄膜啟動(dòng)過(guò)濾電弧離子源，離子源的工作氣壓為
2.0X10_49. 0X10_4Pa，電弧電流為80-90A，石墨靶陰極的碳純度為99. 99%，通過(guò)電弧放電產(chǎn)生的局部高溫使石墨表面氣化成碳原子和分子，在放電室中進(jìn)ー步電離后形成碳離子，電離的碳離子通過(guò)磁過(guò)濾器過(guò)濾掉中性石墨大顆粒后，過(guò)濾后將碳離子沉積在基體表面，形成非晶碳薄膜。 進(jìn)ー步，上述步驟(2)中離子清洗具體為采用冷陰極離子源，進(jìn)行離子清洗，離子源通入氬氣，流量為12sccm，保持真空室氣壓2. 8X10_2Pa，離子源的放電電壓為400V-600V，放電電流為100mA-200mA，引出電壓為1000V-1200V，引出電流50mA-100mA，轟擊部件10-30分鐘，離子源縱向均勻尺寸為40mm，轉(zhuǎn)臺(tái)以3r/min的線速度旋轉(zhuǎn)，保證橫向清洗均勻。 進(jìn)一步，上述步驟(3)中將碳離子沉積的具體方法為偏壓采用直流脈沖，電源占寬比為I : 1，偏壓幅值為200V，轉(zhuǎn)臺(tái)以3r/min的線速度旋轉(zhuǎn)，保證基體涂層橫向均勻，磁場(chǎng)掃描線圈沿基體的縱向掃描，掃描的頻率為50Hz，基體溫度< 80°C，基體的涂層厚度為7nm。以上基體表面形成的非晶碳薄膜涂層為非晶結(jié)構(gòu)，涂層中SP2鍵結(jié)構(gòu)含量>50%，表面二次電子發(fā)射系數(shù)< I. 39。本發(fā)明具備以下有益效果采用本發(fā)明的方法在鍍銀的鋁材料表面形成的非晶碳涂層為非晶結(jié)構(gòu)，涂層中SP2鍵結(jié)構(gòu)含量> 50%，表面二次電子發(fā)射系數(shù)< I. 39 ;與沒(méi)有鍍非晶碳薄膜的樣品相比，表面二次電子發(fā)射系數(shù)減小35 %，是非常適合選用的抑制表面二次電子發(fā)射的涂層材料。


圖I為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法所使用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為S型雙彎管磁過(guò)濾裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明所制備涂層的拉曼光譜圖，定性的計(jì)算SP3鍵結(jié)構(gòu)；圖4為本發(fā)明所制備涂層的表面二次電子發(fā)射系數(shù)圖。圖I中1-過(guò)濾電弧離子源；2_S型磁過(guò)濾裝置；3_真空室；4_冷陰極離子源；
5-工裝轉(zhuǎn)臺(tái)；6_工裝架；7_抽氣口 ；8_進(jìn)氣口 ；9_真空計(jì)；10_磁掃描線圈；11_石墨陰極；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明提供了一種鍍銀的鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法，所述的鍍銀的鋁材料統(tǒng)稱為基體，包括下列步驟(I)基體的預(yù)處理首先對(duì)基體表面進(jìn)行酒精脫水，然后放入丙酮溶液中，并用超聲波清洗，最后用氮?dú)獯蹈桑?2)將清洗后的鍍件裝入工裝架6，立即放入鍍膜機(jī)真空室3中的工裝轉(zhuǎn)臺(tái)5上，如圖I所示，防止再次污染，影響鍍膜質(zhì)量。涂層鍍膜設(shè)備至少包括過(guò)濾電弧離子源1，S型磁過(guò)濾裝置2，真空室3，冷陰極離子源4，工裝轉(zhuǎn)臺(tái)5，工裝架6，抽氣口 7，進(jìn)氣口 8，真空計(jì)
9,磁掃描線圈10,石墨陰極11。米用磁掃描,掃描方向在真空室縱向,橫向掃描依靠轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)保障，使鍍膜在一個(gè)平面進(jìn)行掃描，保證鍍膜的均勻性。(3)采用一個(gè)冷陰極離子源4，進(jìn)行離子清洗，離子源通入氬氣，流量為12sccm，保持真空室氣壓2. 8 X l(T2Pa，離子源的放電電壓為400V-600V，放電電流為100mA-200mA，弓I出電壓為1000V-1200V，引出電流50mA-100mA，轟擊鍍件10-30分鐘，離子源縱向均勻尺寸為40mm,轉(zhuǎn)盤以3r/min的線速度旋轉(zhuǎn)，以保證橫向均勻；(4)關(guān)掉離子源，啟動(dòng)過(guò)濾電弧離子源，本發(fā)明制備非晶碳，采用一種S型的過(guò)濾陰極電弧離子源，離子源的工作氣壓為8X10_4Pa，電弧電流為80A，石墨靶陰極11的碳純度為99. 99%。首先通過(guò)電弧放電產(chǎn)生的局部高溫使石墨表面氣化成碳原子、分子，在一個(gè)放電室中，進(jìn)一步的電離后，使電離的碳離子通過(guò)圖2所示的一個(gè)S型雙彎管磁過(guò)濾裝置2，磁過(guò)濾裝置2電流為10A，中性石墨大顆粒被過(guò)濾掉，提高了薄膜致密度，降低表面粗糙度，通過(guò)磁過(guò)濾裝置2的碳離子被沉積在鍍銀的鋁片表面，形成非晶碳薄膜。偏壓采用直流脈沖，電源占寬比為I : 1，偏壓幅值為200V，工件轉(zhuǎn)盤以分鐘3r/min的線速度旋轉(zhuǎn)，以保證鍍件涂層在橫向均勻，鍍件的縱向由一個(gè)磁場(chǎng)掃描完成，磁掃描線圈10沿鍍件的縱向進(jìn)行掃描，掃描的頻率為50Hz，鍍膜過(guò)程中，鍍件表面溫度不超過(guò)80°C，鍍銀的鋁材料不會(huì)變形。鍍銀的鋁表面的非晶 碳涂層厚度一般為7nm。為了保證薄膜純度，采用純度為99. 99%的石墨陰極靶，為了保證薄膜高質(zhì)量，偏壓要穩(wěn)定，沉積離子能量要控制在80_120eV。在上述工藝條件下，可以保證鍍銀的鋁表面制備出非晶碳膜具有良好的結(jié)合力、平整的表面；參見(jiàn)圖3所示，通過(guò)對(duì)照涂層拉曼光譜可得到涂層的SP2鍵結(jié)構(gòu)含量< 50% ；參見(jiàn)圖4所示，涂層表面二次電子發(fā)射系數(shù)< I. 39，與沒(méi)有鍍非晶碳薄膜的樣品相比，二次電子發(fā)射系數(shù)減小35%，表明涂層有良好的抑制表面二次電子發(fā)射的特性。以下給出本發(fā)明的幾種具體實(shí)施例實(shí)施例I(I)基體預(yù)處理首先對(duì)作為基體的鍍銀鋁材料表面進(jìn)行酒精脫水，然后放入丙酮溶液中，用超聲波清洗，氮?dú)獯蹈桑?2)離子清洗將預(yù)處理后的基體放入鍍膜機(jī)真空室的轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行離子清洗，具體為采用冷陰極離子源，進(jìn)行離子清洗，離子源通入氬氣，流量為12Sccm，保持真空室氣壓2. 8 X 10_2Pa，離子源的放電電壓為600V，放電電流為IOOmAmA,弓丨出電壓為1200V，引出電流50mA，轟擊部件10分鐘，離子源縱向均勻尺寸為40mm，轉(zhuǎn)臺(tái)以3r/min的線速度旋轉(zhuǎn)，保證橫向清洗均勻。(3)形成非晶碳薄膜啟動(dòng)過(guò)濾電弧離子源，離子源的工作氣壓為2. 0X10_4Pa，電弧電流為90A，石墨靶陰極的碳純度為99. 99%，通過(guò)電弧放電產(chǎn)生的局部高溫使石墨表面氣化成碳原子和分子，在放電室中進(jìn)一步電離后形成碳離子，電離的碳離子通過(guò)磁過(guò)濾器過(guò)濾掉中性石墨大顆粒后，過(guò)濾后將碳離子沉積在基體表面，將碳離子沉積的具體方法為偏壓采用直流脈沖，電源占寬比為I : 1，偏壓幅值為200V，轉(zhuǎn)臺(tái)以3r/min的線速度旋轉(zhuǎn)，保證基體涂層橫向均勻，磁場(chǎng)掃描線圈沿基體的縱向掃描，掃描的頻率為50Hz，基體溫度(80°C，基體的涂層厚度為7nm。組后形成非晶碳薄膜。實(shí)施例2(I)基體預(yù)處理首先對(duì)作為基體的鍍銀鋁材料表面進(jìn)行酒精脫水，然后放入丙酮溶液中，用超聲波清洗，氮?dú)獯蹈桑?2)離子清洗將預(yù)處理后的基體放入鍍膜機(jī)真空室的轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行離子清洗，具體為采用冷陰極離子源，進(jìn)行離子清洗，離子源通入氬氣，流量為12Sccm，保持真空室氣壓2. 8 X l(T2Pa，離子源的放電電壓為400V，放電電流為200mA，弓丨出電壓為1000V，引出電流100mA，轟擊部件30分鐘，離子源縱向均勻尺寸為40mm，轉(zhuǎn)臺(tái)以3r/min的線速度旋轉(zhuǎn)，保證橫向清洗均勻。(3)形成非晶碳薄膜啟動(dòng)過(guò)濾電弧離子源，離子源的工作氣壓為9. 0X10_4Pa，電弧電流為80A，石墨靶陰極的碳純度為99. 99%，通過(guò)電弧放電產(chǎn)生的局部高溫使石墨表面氣化成碳原子和分子，在放電室中進(jìn)一步電離后形成碳離子，電離的碳離子通過(guò)磁過(guò)濾器過(guò)濾掉中性石墨大顆粒后，過(guò)濾后將碳離子沉積在基體表面，將碳離子沉積的具體方法為偏壓采用直流脈沖，電源占寬比為I : 1，偏壓幅值為200V，轉(zhuǎn)臺(tái)以3r/min的線速度旋轉(zhuǎn)，保證基體涂層橫向均勻，磁場(chǎng)掃描線圈沿基體的縱向掃描，掃描的頻率為50Hz，基體溫度(80°C，基體的涂層厚度為7nm。 組后形成非晶碳薄膜。 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施方式
僅限于此，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的任何簡(jiǎn)單修改及等效結(jié)構(gòu)變換或修飾，均屬于本發(fā)明所提交的權(quán)利要求書(shū)確定的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種鍍銀鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)基體預(yù)處理首先對(duì)作為基體的鍍銀鋁材料表面進(jìn)行酒精脫水，然后放入丙酮溶液中，用超聲波清洗，氮?dú)獯蹈桑? (2)離子清洗將預(yù)處理后的基體放入鍍膜機(jī)真空室的轉(zhuǎn)臺(tái)上進(jìn)行離子清洗； (3)形成非晶碳薄膜啟動(dòng)過(guò)濾電弧離子源，離子源的工作氣壓為2. 0X10_4-9. 0X10_4Pa，電弧電流為80-90A，石墨靶陰極的碳純度為99. 99%，通過(guò)電弧放電產(chǎn)生的局部高溫使石墨表面氣化成碳原子和分子，在放電室中進(jìn)一步電離后形成碳離子，電離的碳離子通過(guò)磁過(guò)濾器過(guò)濾掉中性石墨大顆粒后，過(guò)濾后將碳離子沉積在基體表面，形成非晶碳薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鍍銀鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法，其特征在于，步驟(2)中離子清洗具體為采用冷陰極離子源，進(jìn)行離子清洗，離子源通入氬氣，流量為12sccm，保持真空室氣壓2. 8X10_2Pa，離子源的放電電壓為400V-600V，放電電流為100mA-200mA,引出電壓為1000V-1200V，引出電流50mA-100mA，轟擊部件10-30分鐘，離子源縱向均勻尺寸為40mm,轉(zhuǎn)臺(tái)以3r/min的線速度旋轉(zhuǎn),保證橫向清洗均勻。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鍍銀鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法，其特征在于，步驟(3)中將碳離子沉積的具體方法為偏壓采用直流脈沖，電源占寬比為I : 1，偏壓幅值為200V,轉(zhuǎn)臺(tái)以3r/min的線速度旋轉(zhuǎn),保證基體涂層橫向均勻,磁場(chǎng)掃描線圈沿基體的縱向掃描，掃描的頻率為50Hz，基體溫度彡80°C，基體的涂層厚度為7nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鍍銀鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法，其特征在于，基體表面形成的非晶碳薄膜涂層為非晶結(jié)構(gòu)，涂層中SP2鍵結(jié)構(gòu)含量>50%，表面二次電子發(fā)射系數(shù)≤I. 39。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鍍銀鋁材料表面制備非晶碳涂層的方法，包括基體預(yù)處理、離子清洗、電弧放電和碳離子沉積；該方法制備的非晶碳薄膜中SP2鍵結(jié)構(gòu)含量≥50％，表面二次電子發(fā)射系數(shù)≤1.39；與沒(méi)有鍍ta-C膜的樣品相比，表面二次電子發(fā)射系數(shù)減小35％，是非常適合選用的抑制表面二次電子發(fā)射的涂層材料。本發(fā)明提供了一種抑制鍍銀鋁基表面二次電子發(fā)射的技術(shù)，為大功率微波器件提高二次電子倍增放電的閾值提供一種可行有效的方法。
文檔編號(hào)C23C14/02GK102634765SQ201210120689
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月23日
發(fā)明者康永鋒, 張娜, 趙玉清, 陳仙 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)