[发明专利]无定形碳膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在基底表面形成涂膜以带来耐磨性及其它特性的方法，特别是用于形成无定形碳膜作为涂膜的方法。

背景技术

由于地下的碳资源几乎是无穷的而且碳是无害的，鉴于资源和环境问题，碳是一种极好的原料。对于碳来说，现在知道的有几种不同的晶型，例如金刚石、类金刚石碳、石墨、富勒烯及纳米碳管，这取决于原子之间键的类型。特别是类金刚石型碳(无定形碳)，因具有无定形的结构而作为功能材料引起了极大关注，无定形碳在耐磨性和固态润滑性方面性能优良，并且具有绝缘性、可见光/红外光可透射性、低介电常数、阻氧性等性能，其有望在多个工业领域有所应用。

通常，无定形碳在基底表面通过化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积(PVD)法形成。例如，可通过等离子体化学气相沉积法，该方法是化学气相沉积法的一种，通过激活含有碳的原料气体至等离子态并将反应产物沉积于基底表面可形成无定形碳膜。

除上述方法之外，日本未审专利申请公开NO.2003-297,598和2004-152,523还披露了以下方法：在液态烃(十二烷：C₁₂H₂₆)中产生气泡并在气泡中产生等离子体，由此激活十二烷而在基底表面形成无定形碳膜。

发明内容

根据日本未审专利申请公开NO.2003-297,598和2004-152,523，以十二烷为原料，在十二烷中产生气泡。也就是说，内部将产生等离子体的气泡的外围被液体原料所包围。当等离子体在气泡内产生时，十二烷被有效激发，因为此时原料比原料在气态时更高的密度供应。结果，采用此方法单位时间内在基底表面沉积的无定形碳的量明显大于常规的化学气相沉积法。换句话说，形成无定形碳膜的速率明显提高了。然而，根据日本未审专利申请公开NO.2004-152,523的描述，例如，由于快速的膜形成速率为9mm/h(约1.7μm/秒)，很难控制膜的厚度或使之形成纳米级的特别薄的膜。

而且，当采用包含具有许多碳原子的大分子的烃时，这些大分子在等离子体中溶解不完全而趋向聚合。因此，在基底表面沉积的碳膜含有许多氢原子，具有类似聚合物的结构。另一方面，当采用包含具有小的碳数目的小分子的烃时，烃在等离子体中完全溶解，形成以金刚石结构为主的碳膜，由此可得到硬无定形碳膜。然而，因为随着分子量的降低，沸点也降低，在室温下只有少数低分子量烃处于液态形式。因此，烃并不适合形成硬无定形碳膜。

鉴于上述存在的问题，本发明的目的是提供一种能够容易地制造硬无定形碳膜的方法。

本发明制造无定形碳膜的方法是用于制造无定形碳膜的方法，包括将基底表面与气泡接触，这些气泡在含有有机化合物的液体中形成，并且其内部已产生等离子体，从而在基底表面形成无定形碳膜，其特征在于所述液体含有选自具有1到12个碳原子的酚和醇中的一种或多种。

在本发明形成无定形碳膜的方法中，气泡在含有有机化合物的液体中形成。在这种情况下，在气泡内部，所述有机化合物以气态存在。对气泡施加的电磁波辐射或用类似方法在气泡内部产生等离子体。气泡内部产生的等离子体随着气泡移动并与放置在液体内的基底表面相接触。因而，被激发为等离子态的碳在基底表面沉积，从而在基底表面上形成一层无定形碳膜。

根据本发明形成无定形碳膜的方法，所述液体含有选自具有1到12个碳原子的酚和醇中的一种或多种。醇和酚很容易以液态形式操作，因为有些自身以液态存在，有些则有很高的水溶性。例如，在室温下大多数包含具有小的碳数目的小分子的醇以液态存在。因此，能够形成硬无定形碳膜。

此处的“醇”是指脂肪族或脂环族烃的一个或多个氢原子被一个或多个羟基(-OH)取代的化合物。此外，“酚”是指芳香烃核的一个或多个氢原子被一个或多个羟基取代的化合物，并非仅仅指苯酚(C₆H₅OH)。

本发明优选在室温下为液态的醇和酚。此外，所述液体合意地是水溶液，其包含一种或多种醇和酚为溶质，以水为溶剂。当醇和酚作为水溶液使用时，可以调节被等离子体激发的原料的量。由此可以调节形成膜的速度。此外，在本发明中，如果醇和酚是水溶性的，即使醇和酚在室温下为固态，也可以用于形成无定形碳膜的方法。

请注意在一种液体与另一种液体形成混合溶液的情况下，量大的液体有时被认为是溶剂，但是，在本说明书中所说的“水溶液”情况下，无论水用量的多少，水都被定义为溶剂。

附图说明

图1为显示本发明制造无定形碳膜的方法中使用的膜形成装置的结构说明图