[发明专利]一种TiSiCN纳米复合涂层、沉积装置、制备方法及其应用

权利要求书

1.一种TiSiCN纳米复合涂层，其特征在于，包括过渡层和复合涂层；

其中，所述过渡层厚度为10nm-200nm，所述过渡层由钛元素、铬元素和镍元素其中一种组成；

所述复合涂层厚度为0.1μm-3μm，所述复合涂层由如下百分比的成分组成：

硅2％-10％，钛20％-45％，氮10％-30％，其余为碳。

2.根据权利要求1所述的一种TiSiCN纳米复合涂层，其特征在于，所述复合涂层由纳米晶和薄层非晶相组成，所述纳米晶的晶粒尺寸为2nm-12nm，纳米晶弥散分布在薄层非晶相内部。

3.根据权利要求2所述的一种TiSiCN纳米复合涂层，其特征在于，所述纳米晶为碳氮化钛(TiCN)纳米晶，所述薄层非晶结构为氮化硅(Si₃N₄)非晶相。

4.一种TiSiCN纳米复合涂层的沉积装置，其特征在于，包括沉积腔(1)，所述沉积腔(1)中部设置有圆柱靶位(2)，所述沉积腔(1)内部安装有绕圆柱靶位(2)轴线旋转的旋转工作台(101)，所述旋转工作台(101)上设置有若干个绕自身轴线旋转的样品台(3)，多个样品台(3)呈圆周设置在旋转工作台(101)上表面，所述沉积腔(1)内部呈十字方向设置有矩形靶位(4)，所述矩形靶位(4)前端设置有移动挡板(9)，所述沉积腔(1)周面设置有负压抽真空口(5)、氮气接口(6)、氩气接口(7)和乙炔接口(8)，所述圆柱靶位(2)和矩形靶位(4)均为深振荡脉冲磁控溅射靶位。

5.根据权利要求4所述的一种TiSiCN纳米复合涂层的沉积装置，其特征在于，还包括控制系统、圆柱靶位磁控电源、矩形靶位磁控电源和真空泵，所述矩形靶位磁控电源设置有多个，多个所述矩形靶位磁控电源与矩形靶位(4)一一对应，所述圆柱靶位磁控电源与圆柱靶位(2)对应，所述真空泵与负压抽真空口(5)连通，所述控制系统与矩形靶位磁控电源连接，所述控制系统与圆形靶位磁控电源电性连接，所述矩形靶位磁控电源和圆形靶位磁控电源均为深振荡脉冲磁控溅射电源，所述控制系统与真空泵电性连接。

6.一种TiSiCN纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

样品预处理：将样品进行超声清洗，用氮气吹干，静置待用；

样品安装：将清洗好的样品设置于样品台(3)上；

抽真空：通过控制系统控制真空泵对沉积腔(1)内部抽真空至10^-4Pa；

通入氩气：通过氩气接口(7)向沉积腔(1)内部按照50～200sccm的流量通入氩气；

样品表面活化：启动旋转工作台(101)和样品台(3)，使样品绕圆柱靶位(2)发生公转和绕自身轴线发生自转，将移动挡板(9)挡住矩形靶位，通过控制系统启动圆柱靶位磁控电源对样品表面进行强流离子束溅射清洗、活化操作；

过渡层制备：样品表面活化后，通过控制系统调整圆柱靶位磁控电源采用偏压-10～-80V，进行过渡层制备，制备时间为1min～10min；

通入气体：从氮气接口(6)向沉积腔(1)内部按照10～60sccm的流量通入氮气，从氩气接口(7)向沉积腔(1)内部按照60～150sccm的流量通入氩气，从乙炔接口(8)向沉积腔(1)内部按照10～60sccm的流量通入乙炔；

制备复合涂层：调整沉积腔(1)内部的气压至0.5～1.7Pa，通过控制系统启动矩形靶位磁控电源，设置平均功率4～8kW，脉冲频率50～300kHz，宏脉冲宽度1～3ms，微脉冲宽度开/关时间为2～10μs/8～40μs，沉积负偏压-100～-300V，待等离子体放电稳定后移开靶位前的挡板，沉积TiSiCN纳米复合涂层，沉积时间20～60min；

其中，所述圆柱靶位(2)装载的靶材为Ti靶、Cr靶和Ni靶其中一种，所述矩形靶位(4)装载的靶材的为TiSi靶。