[发明专利]一种纳米多层膜及其制备方法

说明书

本申请为申请日为“2012年05月15日”、申请号为“201210151152.2”、发明名称为“一种磁控溅射镀膜装置、纳米多层膜及其制备方法”的在先申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及材料制备领域，特别涉及一种制备纳米多层膜的装置、纳米多层膜及其制备方法。

背景技术

目前，真空磁控溅射技术在各个领域有着广泛的应用，一种应用是利用真空磁控溅射技术将类金刚石膜（DLC）镀覆在基材表面，如医疗用手术器材、人体植入类医学材料及工程刀具等等的基材表面，来显著提高基材的硬度及耐磨性。

但是由于类金刚石膜具有较大的内应力，与金属或合金材料的结合力都不高，在较高的载荷或载荷冲击作用下容易出现类金刚石膜破裂或剥落，尤其对于人体植入类产品，类金刚石膜的剥落会产生碎屑，会加剧植入类产品的磨损，降低产品的使用寿命。

为了解决上述的问题，提出了一种纳米多层薄膜，可以提高基材的耐磨性，增加与基材的结合力，同时有助于提高润滑性，如提出的碳/碳化钛的纳米多层膜，将碳/碳化钛的纳米多层膜镀覆在植入人体类的金属关节头和臼杯的表面上，使关节头和臼杯具有优异的耐磨性及良好的生物相容性，也具有好的润滑效果，大幅度提高人工关节在人体中的寿命。

然而，利用目前的磁控溅射镀膜装置进行多层膜的加工时，对电源工艺上有极高的要求，而受限于目前工业体系，很难在工业化规模下实现精确的控制，很难实现多层膜的工业化生产。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，本发明提出了一种磁控溅射镀膜装置：

至少包括真空镀膜室、溅射靶、真空镀膜室底座上的转架台和转架台上的工件架，以及驱动转架台绕转架台的中心轴转动的第一转动系统；所述溅射靶设置在转架台周围并与转架台垂直，所述溅射靶包括两个第一溅射靶及一个第二溅射靶，所述溅射靶位于与转架台同心的圆周上，两个所述第一溅射靶之间的圆弧为180-240度，所述第二溅射靶等分所述圆弧；所述转架台上固定设置有穿过转架台表面的隔板，在垂直于转架台方向上，所述隔板的两端均超出所述溅射靶的两端。

可选地，所述第一溅射靶为石墨靶，所述第二溅射靶为钛靶或钽靶。

可选地，所述隔板沿着转架台的直径穿过所述转架台，且所述隔板的宽度大于转架台的直径

可选地，所述隔板与所述溅射靶所在圆周的间距为2-10cm。

可选地，所述溅射靶为矩形。

可选地，所述隔板的材料为钛、铝、不锈钢或他们的组合。

可选地，还包括：驱动转架台绕工件架的中心轴转动的第二转动系统。

可选地，所述工件架通过支架杆设置在转架台上，同一支架杆上间隔设置有多个工件架。

可选地，所述溅射靶设置在真空镀膜室的内壁上。

可选地，两个所述第一溅射靶之间的圆弧为180度，所述溅射靶还包括另一第二溅射靶，两个第二溅射靶相对设置，该另一第二溅射靶为闲置状态。

此外，本发明还提供了利用上述磁控溅射镀膜装置制备纳米多层膜的方法，用于在基材上镀覆纳米多层膜，转架台匀速转动，包括：

第一溅射阶段，两个第一溅射靶从初始工作电流I1开始，每隔第一间隔时间T1，所述第一溅射靶的工作电流增加ΔI1，直到其工作电流为第一预定电流值；一个第二溅射靶从初始工作电流I2开始，每隔第二间隔时间T2，所述第二溅射靶的工作电流减少ΔI2，直到其工作电流为第二预定电流值，所述第一溅射靶和所述第二溅射靶的工作电压保持不变；

第二溅射阶段，将第二溅射靶的工作电流设定并保持在第三预定电流值，第一溅射靶的工作电流保持在第一预定电流值或将第一溅射靶的工作电流设定并保持在第四预定电流值，所述第一溅射靶和所述第二溅射靶的工作电压保持不变，进行第二预定时长的溅射；

第三溅射阶段，将第二溅射靶的工作电流和电压设定为零，第一溅射靶的工作电流保持在第二溅射阶段的工作电流或者将第一溅射靶的工作电流设定并保持在第五预定电流值，进行第三预定时长的溅射。

可选地，所述初始工作电流I1为0.5-2.0A，所述第一间隔时间T1为5-15min，所述ΔI1为0.5-1.0A，所述第一预定电流值为4.0-7.0A，所述初始工作电流I2为4.0-7.0A，第二间隔时间T2为5-15min，所述ΔI2为0.5-1.0A，所述第二预定电流值为零，所述第一溅射靶的工作电压为80-120V，所述第二溅射靶的工作电压为80-130V。