本發(fā)明涉及薄膜
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種類金剛石復(fù)合薄膜及其制備方法。
背景技術(shù)：
：金剛石中的碳原子以sp3雜化鍵的形式結(jié)合，石墨中的碳原子以sp2雜化鍵的形式結(jié)合，而類金剛石薄膜(簡稱dlc薄膜)是由金剛石結(jié)構(gòu)的sp3雜化碳原子和石墨結(jié)構(gòu)的sp2雜化碳原子相互混雜形成的三維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，是一種亞穩(wěn)態(tài)非晶材料。類金剛石薄膜具有高硬度、低摩擦系數(shù)、高熱導(dǎo)率、低介電常數(shù)、寬帶隙、良好光透光率、耐磨耐蝕及良好的生物相容性等特點(diǎn)，在航空航天、機(jī)械、電子、光學(xué)、裝飾外觀保護(hù)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。類金剛石薄膜一般分為含氫dlc膜(a-c:h)和不含氫dlc膜(a-c)兩類，其中，含氫dlc膜摻氫后碳膜氫化，使薄膜具有優(yōu)異的透明度，可運(yùn)用于對透明度等光學(xué)特性有特殊要求的產(chǎn)品，如手機(jī)前后蓋板、手表蓋板、攝像頭鏡片等。但是，摻氫后，dlc薄膜的硬度和耐磨性受到破壞，相比于不含氫dlc膜有所下降，不能同時(shí)兼具良好的光學(xué)特性和硬度耐磨等機(jī)械性能，難以適用于對光學(xué)特性和機(jī)械性能均有要求的器件。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種類金剛石復(fù)合薄膜及其制備方法，本發(fā)明提供的類金剛石復(fù)合薄膜在滿足光學(xué)特性的基礎(chǔ)上，還具有良好的硬度和耐磨性。本發(fā)明提供了一種類金剛石復(fù)合薄膜，包括依次接觸的sioxny膜層和含氫dlc膜層；其中，0＜x≤2，0＜y≤1.3。優(yōu)選的，所述sioxny膜層的厚度為6～15nm；所述含氫dlc膜層的厚度為3～10nm。本發(fā)明還提供了一種類金剛石復(fù)合薄膜的制備方法，包括以下步驟：a)將硅靶材在工作氣體與反應(yīng)氣體的環(huán)境中進(jìn)行磁控濺射，在襯底上沉積得到sioxny膜層；所述工作氣體為氬氣，所述反應(yīng)氣體為氧氣和氮?dú)猓籦)在所述sioxny膜層表面復(fù)合含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜。優(yōu)選的，所述步驟a)中，氬氣流量為35～50sccm；氧氣流量為2～15sccm；氮?dú)饬髁繛?～10sccm；氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾捏w積比為20：(1～4)：(2～5)。優(yōu)選的，所述步驟a)中，磁控濺射的氣壓為2.5～4.0mtorr。優(yōu)選的，所述步驟a)中，磁控濺射的工作電壓為300～350v。優(yōu)選的，所述步驟a)中，磁控濺射的濺射功率為700～1500w，時(shí)間為15～30s。優(yōu)選的，所述步驟b)具體包括：以石墨為靶材在混合氣體環(huán)境中進(jìn)行磁控濺射，在所述sioxny膜層表面沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜；所述混合氣體為氬氣和氫氣；所述混合氣體的氣壓為2.5～4.0mtorr。優(yōu)選的，所述步驟b)中，氬氣流量為25～40sccm，氫氣流量為10～20sccm；氬氣與氫氣的體積比為3：(1～3)。優(yōu)選的，所述步驟b)中，磁控濺射的工作電壓為400～700v；磁控濺射的濺射功率為5.0～8.0kw，時(shí)間為15～45s。本發(fā)明提供了一種類金剛石復(fù)合薄膜，包括依次接觸的sioxny膜層和含氫dlc膜層；其中，0＜x≤2，0＜y≤1.3。本發(fā)明提供的類金剛石復(fù)合薄膜不僅具有良好的光學(xué)特性，同時(shí)還具有良好的硬度和耐磨性，能夠適用于對光學(xué)和機(jī)械性能均有要求的器件。本發(fā)明還提供了一種類金剛石復(fù)合薄膜的制備方法，按照本發(fā)明的制備方法制得的類金剛石復(fù)合薄膜同時(shí)兼具良好的光學(xué)特性和高硬度耐磨等機(jī)械性能。具體實(shí)施方式本發(fā)明提供了一種類金剛石復(fù)合薄膜，包括依次接觸的sioxny膜層和含氫dlc膜層；其中，0＜x≤2，作為優(yōu)選，0.5≤x≤1.5。0＜y≤1.3，作為優(yōu)選，0.3≤y≤1.0。x、y低于上述范圍或超出上述范圍均易造成硬度和耐磨性的下降。本發(fā)明中，sioxny膜層的厚度優(yōu)選為6～15nm；含氫dlc膜層的厚度優(yōu)選為3～10nm。本發(fā)明將sioxny膜層和含氫dlc膜層結(jié)合作為類金剛石復(fù)合薄膜，其不僅具有良好的光學(xué)特性，同時(shí)還具有良好的硬度和耐磨性，能夠適用于對光學(xué)和機(jī)械性能均有要求的器件。本發(fā)明還提供了一種類金剛石復(fù)合薄膜的制備方法，包括以下步驟：a)將硅靶材在工作氣體與反應(yīng)氣體的環(huán)境中進(jìn)行磁控濺射，在襯底上沉積得到sioxny膜層；所述工作氣體為氬氣，所述反應(yīng)氣體為氧氣和氮?dú)猓籦)在所述sioxny膜層表面復(fù)合含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜。按照本發(fā)明，首先將硅靶材在工作氣體與反應(yīng)氣體的環(huán)境中進(jìn)行磁控濺射，在襯底上沉積得到sioxny膜層。磁控濺射的基本原理如下：利用電場加速從陰極發(fā)出的電子，電子獲得足夠動能，將工作氣體原子電離成等離子體，等離子體中的正離子在靶陰極電場作用下飛向靶材，靶材表面濺射出離子、原子、原子團(tuán)等，這些物質(zhì)沉積到襯底/基片上，形成薄膜。本發(fā)明中，在進(jìn)行磁控濺射前，優(yōu)選先對襯底或基片進(jìn)行清洗，去除表面油污和灰塵后，再置于濺射室內(nèi)。本發(fā)明中，所用襯底或基片的種類沒有特殊限制，為磁控濺射的常規(guī)襯底/基片即可，如可以為玻璃、陶瓷或金屬襯底等。本發(fā)明中，選用硅靶作為磁控濺射的靶材。本發(fā)明中，硅靶材優(yōu)選為純度為99.999％以上的高純硅靶。本發(fā)明中，襯底與靶材之間的距離沒有特殊限制，按照本領(lǐng)域中常規(guī)濺射距離即可，如可以為5～15cm。本發(fā)明中，在進(jìn)行磁控濺射前，優(yōu)選先將濺射室內(nèi)抽真空，使真空度優(yōu)選為(1.0e-6)～(6.0e-6)mtorr，更優(yōu)選為(2.0e-6)～(4.0e-6)mtorr。將濺射室內(nèi)抽真空后，通入氣體，在工作氣體和反應(yīng)氣體的環(huán)境中進(jìn)行磁控濺射。所述工作氣體為氬氣，所述反應(yīng)氣體為氧氣和氮?dú)?。本發(fā)明中，氬氣的流量優(yōu)選為35～50sccm，更優(yōu)選為40～50sccm。氧氣流量優(yōu)選為2～15sccm，更優(yōu)選為5～10sccm。氮?dú)饬髁績?yōu)選為2～10sccm，更優(yōu)選為2～6sccm。本發(fā)明中，氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾捏w積比優(yōu)選為20：(1～4)：(2～5)，更優(yōu)選為20：2：3。本發(fā)明中，磁控濺射過程中，優(yōu)選控制濺射室腔體內(nèi)氣體的氣壓為2.5～4.0mtorr，更優(yōu)選為3.0～3.5mtorr，若氣壓低于此范圍，在本申請的氣體環(huán)境下磁控濺射時(shí)靶材濺射效率低，膜層缺陷增多，薄膜質(zhì)量和性能下降，若超出上述范圍，則濺射不充分，使薄膜質(zhì)量變差。本發(fā)明中，優(yōu)選控制磁控濺射的工作電壓為300～350v，若低于此范圍，在本申請的氣體環(huán)境下磁控濺射時(shí)，靶材濺射效率低，成膜速率下降；若超出此范圍，在本申請的氣體環(huán)境下磁控濺射時(shí)容易使襯底發(fā)熱及產(chǎn)生二次濺射，使成膜質(zhì)量及薄膜性能較差。本發(fā)明中，優(yōu)選控制磁控濺射的濺射功率為700～1500w，時(shí)間為15～30s。將硅靶材在工作氣體與反應(yīng)氣體的環(huán)境中進(jìn)行磁控濺射后，在襯底上沉積得到sioxny膜層；本發(fā)明中，0＜x≤2，作為優(yōu)選，0.5≤x≤1.5。0＜y≤1.3，作為優(yōu)選，0.3≤y≤1.0。本發(fā)明中，sioxny膜層的厚度優(yōu)選為6～15nm。按照本發(fā)明，在得到sioxny膜層后，在所述sioxny膜層表面復(fù)合含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜。本發(fā)明中，優(yōu)選通過以下方式在sioxny膜層表面復(fù)合含氫dlc膜層：以石墨為靶材在混合氣體環(huán)境中進(jìn)行磁控濺射，在所述sioxny膜層表面沉積形成含氫dlc膜層。本發(fā)明中，在得到sioxny膜層后，更換靶材，以石墨作為靶材再次進(jìn)行磁控濺射。石墨靶材優(yōu)選為純度在99.999％以上的高純石墨靶材。sioxny膜層襯底與石墨靶材之間的距離沒有特殊限制，按照常規(guī)濺射距離即可，如可以為5～15cm。再次進(jìn)行磁控濺射前，優(yōu)選先將濺射室內(nèi)抽真空，使真空度優(yōu)選為(1.0e-6)～(6.0e-6)mtorr，更優(yōu)選為(2.0e-6)～(4.0e-6)mtorr。抽真空后，向?yàn)R射室內(nèi)通入氣體，在混合氣體環(huán)境中進(jìn)行磁控濺射。所述混合氣體優(yōu)選為氬氣和氫氣。本發(fā)明中，氬氣流量優(yōu)選為25～40sccm，更優(yōu)選為30～40sccm。氫氣流量優(yōu)選為10～20sccm，更優(yōu)選為10～15sccm。本發(fā)明中，氬氣與氫氣的體積比優(yōu)選為3：(1～3)，更優(yōu)選為2:1。本發(fā)明中，優(yōu)選控制混合氣體的氣壓為2.5～4.0mtorr，更優(yōu)選為3.0～3.5mtorr。本發(fā)明中，優(yōu)選控制該次磁控濺射的工作電壓為400～700v。本發(fā)明中，優(yōu)選控制該次磁控濺射的濺射功率為5.0～8.0kw，時(shí)間為15～45s。本發(fā)明以石墨為靶材在混合氣體環(huán)境中進(jìn)行磁控濺射后，在所述sioxny膜層表面沉積形成含氫dlc膜層。本發(fā)明中，所述含氫dlc膜層的厚度優(yōu)選為3～10nm。按照本發(fā)明的制備方法制得的類金剛石復(fù)合薄膜同時(shí)兼具良好的光學(xué)特性和高硬度耐磨等機(jī)械性能，能夠適用于對光學(xué)和機(jī)械性能均有要求的器件。為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。實(shí)施例1將清洗好的玻璃襯底放入濺射室內(nèi)，調(diào)節(jié)高純硅靶與襯底之間的距離為10cm。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣、氧氣和氮?dú)?，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為40sccm，氧氣流量為6sccm，氮?dú)饬髁繛?sccm，控制通入氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾捏w積比為20:2:3，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為330v，調(diào)控濺射功率為1000w，濺射20s，在襯底上沉積形成sio0.9n0.6膜層。打開濺射室，更換靶材，以高純石墨為靶材。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣和氫氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為30sccm，氫氣流量為15sccm，通入氬氣和氫氣的體積比為2:1，且制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr。控制磁控濺射的工作電壓為500v，調(diào)控濺射功率為6.0kw，濺射30s，在sio0.9n0.6膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜。對所得類金剛石復(fù)合薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測；其中，透光率是測試范圍為380～760nm波段光波的透光率；耐磨性是利用鋼珠摩擦待測膜層，鋼珠直徑為3.18mm，以點(diǎn)接觸形式接觸膜層表面，載荷7.5n，以循環(huán)往復(fù)方式進(jìn)行摩擦，往復(fù)一個(gè)運(yùn)動周期計(jì)數(shù)1次，統(tǒng)計(jì)膜層不受損的可摩擦次數(shù)。檢測結(jié)果參見表1。實(shí)施例2將清洗好的玻璃襯底放入濺射室內(nèi)，調(diào)節(jié)高純硅靶與襯底之間的距離為10cm。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣、氧氣和氮?dú)猓{(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為45sccm，氧氣流量為4.6sccm，氮?dú)饬髁繛?.3sccm，控制通入氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾捏w積比為20:1:2，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為300v，調(diào)控濺射功率為700w，濺射30s，在襯底上沉積形成sio1.4n0.3膜層。打開濺射室，更換靶材，以高純石墨為靶材。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣和氫氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為30sccm，氫氣流量為15sccm，通入氬氣和氫氣的體積比為2:1，且制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr。控制磁控濺射的工作電壓為500v，調(diào)控濺射功率為6.0kw，濺射30s，在sio1.4n0.3膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜。對所得類金剛石復(fù)合薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果參見表1。實(shí)施例3將清洗好的玻璃襯底放入濺射室內(nèi)，調(diào)節(jié)高純硅靶與襯底之間的距離為10cm。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣、氧氣和氮?dú)?，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為40sccm，氧氣流量為10sccm，氮?dú)饬髁繛?sccm，通入氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾捏w積比為20:4:5，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr。控制磁控濺射的工作電壓為350v，調(diào)控濺射功率為1200w，濺射20s，在襯底上沉積形成sio0.6n1.0膜層。打開濺射室，更換靶材，以高純石墨為靶材。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣和氫氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為30sccm，氫氣流量為15sccm，通入氬氣和氫氣的體積比為2:1，且制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為500v，調(diào)控濺射功率為6.0kw，濺射30s，在sio0.6n1.0膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜。對所得類金剛石復(fù)合薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果參見表1。實(shí)施例4將清洗好的玻璃襯底放入濺射室內(nèi)，調(diào)節(jié)高純硅靶與襯底之間的距離為10cm。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣、氧氣和氮?dú)?，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為40sccm，氧氣流量為12sccm，氮?dú)饬髁繛?sccm，控制通入氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾捏w積比為20:1:6，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為330v，調(diào)控濺射功率為1000w，濺射20s，在襯底上沉積形成sio1.6n0.1膜層。打開濺射室，更換靶材，以高純石墨為靶材。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣和氫氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為30sccm，氫氣流量為15sccm，通入氬氣和氫氣的體積比為2:1，且制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為500v，調(diào)控濺射功率為6.0kw，濺射30s，在sio1.6n0.1膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜。對所得類金剛石復(fù)合薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果參見表1。實(shí)施例5將清洗好的玻璃襯底放入濺射室內(nèi)，調(diào)節(jié)高純硅靶與襯底之間的距離為10cm。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣、氧氣和氮?dú)?，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為40sccm，氧氣流量為2sccm，氮?dú)饬髁繛?sccm，控制通入氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾捏w積比為20:4:1，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為330v，調(diào)控濺射功率為1000w，濺射20s，在襯底上沉積形成sio0.3n1.2膜層。打開濺射室，更換靶材，以高純石墨為靶材。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣和氫氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為30sccm，氫氣流量為15sccm，通入氬氣和氫氣的體積比為2:1，且制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為500v，調(diào)控濺射功率為6.0kw，濺射30s，sio0.3n1.2膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜。對所得類金剛石復(fù)合薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果參見表1。實(shí)施例6將清洗好的玻璃襯底放入濺射室內(nèi)，調(diào)節(jié)高純硅靶與襯底之間的距離為10cm。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣、氧氣和氮?dú)猓{(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為80sccm，氧氣流量為12sccm，氮?dú)饬髁繛?sccm，通入氬氣、氮?dú)夂脱鯕獾捏w積比為20:2:3，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為6.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為330v，調(diào)控濺射功率為1000w，濺射20s，在襯底上沉積形成sio0.8n0.2膜層。打開濺射室，更換靶材，以高純石墨為靶材。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣和氫氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為30sccm，氫氣流量為15sccm，通入氬氣和氫氣的體積比為2:1，且制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為500v，調(diào)控濺射功率為6.0kw，濺射30s，在sio0.8n0.2膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復(fù)合薄膜。對所得類金剛石復(fù)合薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果參見表1。對比例1將清洗好的玻璃襯底放入濺射室內(nèi)，以高純石墨為靶材，調(diào)節(jié)高純石墨靶與襯底之間的距離為10cm。對濺射室抽真空，使真空度為(3.0e-6)mtorr。打開氣體閥門，通入氬氣和氫氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為30sccm，氫氣流量為15sccm，通入氬氣和氫氣的體積比為2:1，且制濺射室內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為3.0mtorr。控制磁控濺射的工作電壓為500v，調(diào)控濺射功率為6.0kw，濺射30s，在襯底上沉積形成含氫dlc薄膜。對所得含氫dlc薄膜的各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果參見表1。表1本發(fā)明實(shí)施例1～6及對比例1制得的薄膜產(chǎn)品的性能檢測結(jié)果透光率/％硬度/gpa耐磨性/次實(shí)施例191.224.8250實(shí)施例291.623.1200實(shí)施例391.524.0220實(shí)施例491.021.4150實(shí)施例590.621.7160實(shí)施例690.618.3130對比例190.515.2110以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。當(dāng)前第1頁12