Способ получения алмазоподобного покрытия

 

Изобретение относится к технологии получения алмазоподобных пленок и может быть использовано для нанесения твердых, износостойких, химически инертных и аморфных алмазоподобных покрытий толщиной до 59 мкм с высокой адгезией к изделиям. Перед нанесением алмазоподобного покрытия положительный потенциал величиной 0,3...3 кВ подают на все три пластины анодо- и при этом производят травление изделия ионами инертного газа, затем подают отрицательный потенциал величиной 0,3...0,9 кВ на две крайние пластины при заземленной центральной и наносят на изделие адгезионный подслой в среде инертного газа, а затем подают положительный потенциал величиной 0,3..3 кВ на все три пластины анода и наносят алмазоподобное покрытие в среде углеводорода. 1 табл.

Изобретение относится к технологии получения алмазоподобных пленок и может быть использовано для нанесения твердых, износостойких, химически инертных, аморфных алмазоподобных покрытий толщиной до 50 мкм с высокой адгезией к изделиям.

Наиболее близким прототипом является известный способ получения алмазоподобного покрытия в ячейке Пеннинга. Этим способом возможно получение алмазоподобного покрытия толщиной до 5 мкм на различных металлах.

В отличие от известного способа получения алмазоподобного покрытия в ячейке Пеннинга и осаждения ионов углерода на изделие при ускоряющем напряжении величиной 0,3...3 кВ в предлагаемом способе перед нанесением алмазоподобного покрытия положительный потенциал величиной 0,3...3 кВ подают на все анодные пластины и при этом производят травление изделия ионами инертного газа, затем подают отрицательный потенциал величиной 0,3...0,9 кВ на две крайние анодные пластины при заземленной центральной и наносят на изделие адгезионный подслой в среде инертного газа, а затем подают положительный потенциал величиной 0,3...3 кВ на все три анодные пластины и наносят алмазоподобное покрытие в среде углеводорода. Принципиальное отличие и преимущество предлагаемого метода нанесения покрытия состоит в том, что адгезионный подслой, во-первых, наносится при мощной бомбардировке ионами инертного газа, что обеспечивает возникновение химической связи материалом изделия и подслоем, а значит, хорошую адгезию между ними и, во-вторых, не требуется перемещение в вакууме самого изделия в другое место, где наносится адгезионный подслой, что обеспечивает хороший теплоотвод с изделий (что важно, если необходимо нанести покрытие, растущее эквидистантно к поверхности изделия, т.е. покрытие не ухудшающее исходный класс чистоты изделия), т.к. в этом случае они жестко закреплены на конструктивных элементах устройства, к которым просто подвести охлаждение. Нанесение подслоя при ускоряющем напряжении менее 0,3 kV невозможно, т.к. при этом в ячейке Пеннинга невозможно зажечь разряд (зажигается объемный тлеющий разряд), а при напряжении, большем 0,9 кВ, подслой не наносится, т.к. прошедшие сквозь отверстия в крайних пластинах ионы даже такого легкого инертного газа, как неон, стравливают подслой. Кроме того, предварительное ионное травление изделия также способствует обеспечению хорошей адгезии.

Способ осуществляется следующим образом. В вакуумной камере 1 собирают устройство, аналогичное ячейке Пеннинга, получают, используя магнитные катушки Гельмгольца или постоянные магниты, обеспечивающие направление магнитного поля параллельно оси ячейки Пеннинга, величиной, достаточной для возникновения в ячейке (200. . .700 Э). В камеру на держатели помещают изделия. Включают систему вакуумной откачки и откачивают камеру до предельного вакуума. Дросселируют откачку до скорости порядка 50 л/с. Через патрубок напускают в камеру инертный газ (например, неон) до давления 10^-2 Па и, подавая положительный потенциал на все анодные пластины величиной 0,6 кВ, травят изделия. Травление при токе 10 mA достаточно вести в течение 15 минут, этого времени хватает для хорошей очистки изделий и получения атомарно чистой поверхности. Увеличивая давление неона до 2·10^-2 Па, заземляют центральную анодную пластину, подают на две крайние пластины отрицательный потенциал величиной 0,6 кВ, при этом две крайние пластины распыляются и атомы, из которых состоят пластины, через отверстия в них осаждаются на изделия. При токе 10 мA процесс ведут 30 минут. Перекрывают подачу неона и, подавая через дополнительный патрубок углеводород, наносят алмазоподобное покрытие. Материал подслоя должен обладать хорошей адгезией как к материалу изделия, так и к алмазоподобному покрытию. К алмазоподобному покрытию хорошей адгезией обладают Al, Ti, Mg и Be. Be в качестве подслоя использовать нежелательно из-за его токсичности, поэтому были проведены исследования по использованию в качестве материалов подслоя Al, Ti и Mg при нанесении покрытия на сталь, медь и различные твердые сплавы. В таблице приведены данные по максимальным толщинам покрытий при различных подслоях, полученных в режиме, описанном выше, для различных материалов.

Таким образом, из таблицы видно, что использование предложенного способа позволяет увеличить толщину алмазоподобного покрытия на различных материалах в 3...10 раз, по сравнению с прототипом, за счет увеличения адгезии. Предложенный способ может найти применение в отраслях техники, где требуется нанесение покрытий, в т.ч. толщиной до 50 мкм, имеющих твердость, превышающую твердость алмаза, химически инертных, имеющих электросопротивление порядка 10⁸ Ом·см и хорошую адгезию к изделиям.

Формула изобретения

Способ получения алмазоподобного покрытия в плазме низкого давления, включающий деструкцию углеводородов в ячейке Пеннинга и осаждение ионов углеводорода на изделие, отличающийся тем, что предварительно осуществляют травление поверхности изделия ионами инертного газа посредством подачи положительного потенциала величиной 0,3 3,0 кВ на три анодные пластины, наносят подслой путем подачи на две анодные пластины отрицательного потенциала величиной 0,3 0,9 кВ и заземлении центральной анодной пластины в среде инертного газа, а деструкцию углеводорода и осаждение проводят при подаче на три анодные пластины положительного потенциала величиной 0,3 3,0 кВ.

РИСУНКИ

Рисунок 1