本發(fā)明涉及薄膜
技術領域：
，特別涉及一種類金剛石復合薄膜及其制備方法。
背景技術：
：金剛石中的碳原子以sp3雜化鍵的形式結合，石墨中的碳原子以sp2雜化鍵的形式結合，而類金剛石薄膜(簡稱dlc薄膜)是由金剛石結構的sp3雜化碳原子和石墨結構的sp2雜化碳原子相互混雜形成的三維網(wǎng)絡構成，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，在航空航天、機械、電子、光學、裝飾外觀保護、生物醫(yī)學等領域有廣闊的應用前景。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，可運用于對透明度等光學特性有特殊要求的產(chǎn)品，如手機前后蓋板、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，不能同時兼具良好的光學特性和硬度耐磨等機械性能，難以適用于對光學特性和機械性能均有要求的器件。技術實現(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合薄膜及其制備方法，本發(fā)明提供的類金剛石復合薄膜在滿足光學特性的基礎上，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合薄膜，包括sinx膜層和含氫dlc膜層；其中，0.5≤x≤1.3。優(yōu)選的，0.8≤x≤1.2；所述sinx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合薄膜的制備方法，包括以下步驟：a)將硅靶材在混合氣體環(huán)境中進行磁控濺射，在襯底上沉積得到sinx膜層；所述混合氣體為氬氣和氮氣；b)在所述sinx膜層表面復合含氫dlc膜層，得到類金剛石復合薄膜。優(yōu)選的，所述步驟a)中，氬氣流量為20～60sccm；氮氣流量為20～60sccm；氬氣和氮氣的體積比為(1～2)：1。優(yōu)選的，所述步驟a)中，磁控濺射的氣壓為2.5～6.5mtorr。優(yōu)選的，所述步驟a)中，磁控濺射的工作電壓為300～450v。優(yōu)選的，所述步驟a)中，磁控濺射的濺射功率為600～1200w，時間為15～45s。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)境中進行磁控濺射，在所述sinx膜層表面沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復合薄膜；所述混合氣體為氬氣和氫氣；所述混合氣體的氣壓為2.5～6.5mtorr。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(1～3)：1。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，時間為15～45s。本發(fā)明提供了一種類金剛石復合薄膜，包括sinx膜層和含氫dlc膜層；其中，0.5≤x≤1.3。本發(fā)明提供的類金剛石復合薄膜不僅具有良好的光學特性，同時還具有良好的硬度和耐磨性，能夠適用于對光學和機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合薄膜同時兼具良好的光學特性和高硬度耐磨等機械性能。具體實施方式本發(fā)明提供了一種類金剛石復合薄膜，包括sinx膜層和含氫dlc膜層；其中，0.5≤x≤1.3；本發(fā)明中，作為優(yōu)選，0.8≤x≤1.2；x低于上述范圍或超出上述范圍均易造成復合薄膜硬度和耐磨性的下降。本發(fā)明中，sinx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sinx膜層和含氫dlc膜層結合作為類金剛石復合薄膜，其不僅具有良好的光學特性，同時還具有良好的硬度和耐磨性，能夠適用于對光學和機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合薄膜的制備方法，包括以下步驟：a)將硅靶材在混合氣體環(huán)境中進行磁控濺射，在襯底上沉積得到sinx膜層；所述混合氣體為氬氣和氮氣；b)在所述sinx膜層表面復合含氫dlc膜層，得到類金剛石復合薄膜。按照本發(fā)明，首先將硅靶材在混合氣體環(huán)境中進行磁控濺射，在襯底上沉積得到sinx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、原子團等，這些物質沉積到襯底/基片上，形成薄膜。本發(fā)明中，在進行磁控濺射前，優(yōu)選先對襯底或基片進行清洗，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，按照本領域中常規(guī)濺射距離即可，如可以為5～15cm。本發(fā)明中，在進行磁控濺射前，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。將濺射室抽真空后，通入氣體，在混合氣體環(huán)境中進行磁控濺射。所述混合氣體為氬氣和氮氣。本發(fā)明中，氬氣的流量優(yōu)選為20～60sccm，更優(yōu)選為25～45sccm。氮氣流量優(yōu)選為20～60sccm，更優(yōu)選為20～45sccm。本發(fā)明中，氬氣與氮氣的體積比優(yōu)選為(1～2)∶1，更優(yōu)選為(1～1.5)∶1，在上述比例范圍內(nèi)，有利于獲得良好的硬度和耐磨性，若低于或超出上述范圍，均易造成復合薄膜硬度和耐磨性的損害。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2.5～6.5mtorr，更優(yōu)選為3.5～6.0mtorr，若氣壓低于此范圍，在本申請的氣體環(huán)境下磁控濺射時靶材濺射效率低，膜層缺陷增多，薄膜質量和性能下降，若超出上述范圍，則濺射不充分，使薄膜質量變差。本發(fā)明中，優(yōu)選控制磁控濺射的工作電壓為300～450v，更優(yōu)選為350～400v；若低于上述范圍，在本申請的氣體環(huán)境下磁控濺射時，靶材濺射效率低，成膜速率下降；若超出上述范圍，在本申請的氣體環(huán)境下磁控濺射時容易使襯底發(fā)熱及產(chǎn)生二次濺射，使成膜質量及薄膜性能較差。本發(fā)明中，優(yōu)選控制磁控濺射的濺射功率為600～1200w；本發(fā)明中，優(yōu)選控制磁控濺射的時間為15～45s。將硅靶材在混合氣體環(huán)境中進行磁控濺射后，在襯底上沉積得到sinx膜層；本發(fā)明中，0.5≤x≤1.3，作為優(yōu)選，0.8≤x≤1.2。本發(fā)明中，sinx膜層的厚度優(yōu)選為6～15nm。按照本發(fā)明，在得到sinx膜層后，在所述sinx膜層表面復合含氫dlc膜層，得到類金剛石復合薄膜。本發(fā)明中，優(yōu)選通過以下方式在sinx膜層表面復合含氫dlc膜層：以石墨為靶材在混合氣體環(huán)境中進行磁控濺射，在所述sinx膜層表面沉積形成含氫dlc膜層。本發(fā)明中，在得到sinx膜層后，更換靶材，以石墨作為靶材再次進行磁控濺射。石墨靶材優(yōu)選為純度在99.999％以上的高純石墨靶材。sinx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，向濺射室內(nèi)通入氣體，在混合氣體環(huán)境中進行磁控濺射。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(1～3)：1，更優(yōu)選為(2～2.5)：1。本發(fā)明中，優(yōu)選控制混合氣體的氣壓為2.5～6.5mtorr，更優(yōu)選為3.5～6.0mtorr。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。本發(fā)明中，優(yōu)選控制該次磁控濺射的時間為15～45s。本發(fā)明以石墨為靶材在混合氣體環(huán)境中進行磁控濺射后，在所述sinx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)明的制備過程及特定參數(shù)條件制得的類金剛石復合薄膜同時兼具良好的光學特性和高硬度耐磨等機械性能，能夠適用于對光學和機械性能均有要求的器件。為了進一步理解本發(fā)明，下面結合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權利要求的限制。實施例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，通入氬氣和氮氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為40sccm，氮氣流量為40sccm，控制通入氬氣和氮氣的體積比為1:1，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強為6.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為350v，調(diào)控濺射功率為1000w，濺射20s，在襯底上沉積形成sin1.2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)的氣體壓強為3.5mtorr?？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sin1.2膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復合薄膜。對所得類金剛石復合薄膜的各項性能進行檢測；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復合薄膜，鋼珠直徑為3.18mm，以點接觸形式接觸膜層表面，載荷7.5n，以循環(huán)往復方式進行摩擦，往復一個運動周期計數(shù)1次，統(tǒng)計膜層不受損的可摩擦次數(shù)。檢測結果參見表1。實施例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，通入氬氣和氮氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為30sccm，氮氣流量為20sccm，控制通入氬氣和氮氣的體積比為1.5:1，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強為3.5mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為350v，調(diào)控濺射功率為1000w，濺射20s，在襯底上沉積形成sin0.8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38sccm，氫氣流量為15sccm，通入氬氣和氫氣的體積比為2.5:1，且制濺射室內(nèi)的氣體壓強為6.0mtorr?？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sin0.8膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復合薄膜。按照實施例1的測試方法對所得類金剛石復合薄膜的各項性能進行檢測，檢測結果參見表1。實施例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，通入氬氣和氮氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為40sccm，氮氣流量為40sccm，控制通入氬氣和氮氣的體積比為1:1，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強為6.0mtorr?？刂拼趴貫R射的工作電壓為350v，調(diào)控濺射功率為1000w，濺射20s，在襯底上沉積形成sin1.2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10sccm，通入氬氣和氫氣的體積比為3:1，且制濺射室內(nèi)的氣體壓強為2.5mtorr?？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sin1.2膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復合薄膜。按照實施例1的測試方法對所得類金剛石復合薄膜的各項性能進行檢測，檢測結果參見表1。實施例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，通入氬氣和氮氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為20sccm，氮氣流量為10sccm，控制通入氬氣和氮氣的體積比為2:1，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強為2.5mtorr。控制磁控濺射的工作電壓為350v，調(diào)控濺射功率為1000w，濺射20s，在襯底上沉積形成sin0.5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)的氣體壓強為3.5mtorr?？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sin0.5膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復合薄膜。按照實施例1的測試方法對所得類金剛石復合薄膜的各項性能進行檢測，檢測結果參見表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)的氣體壓強為3.5mtorr?？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，在襯底上沉積形成含氫dlc薄膜。按照實施例1的測試方法對所得含氫dlc薄膜的各項性能進行檢測，檢測結果參見表1。對比例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，通入氬氣和氮氣，調(diào)節(jié)氣體流量控制閥門，使氬氣流量為60sccm，氮氣流量為20sccm，控制通入氬氣和氮氣的體積比為3:1，且控制濺射室內(nèi)的氣體壓強為6.0mtorr。控制磁控濺射的工作電壓為350v，調(diào)控濺射功率為1000w，濺射20s，在襯底上沉積形成sin0.2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)的氣體壓強為3.5mtorr。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sin0.2膜層上沉積形成含氫dlc膜層，得到類金剛石復合薄膜。按照實施例1的測試方法對所得類金剛石復合薄膜的各項性能進行檢測，檢測結果參見表1。表1本發(fā)明實施例1～4及對比例1～2制得的薄膜產(chǎn)品的性能檢測結果透光率/％硬度/gpa耐磨性/次實施例191.221.3200實施例291.020.9190實施例390.620.1170實施例491.517.3150對比例190.515.2110對比例290.212.570由以上實施例可知，本發(fā)明提供的類金剛石復合薄膜或按照本發(fā)明的制備過程及特定參數(shù)條件制得的類金剛石復合薄膜同時兼具良好的光學特性和高硬度耐磨等機械性能，能夠適用于對光學和機械性能均有要求的器件。以上實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。對這些實施例的多種修改對本領域的專業(yè)技術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，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。當前第1頁12