一种橡胶表面沉积DLC涂层的射频耦合磁控溅射装置的制作方法

一种橡胶表面沉积dlc涂层的射频耦合磁控溅射装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种橡胶表面沉积dlc涂层的射频耦合磁控溅射装置，属于真空物理气相沉积领域。


背景技术：

2.目前，橡胶被广泛地应用于航天、船舶、机械及汽车等工业领域。橡胶密封件的动态滑动状态时，由于摩擦系数大导致橡胶密封胶圈承载寿命显著地降低，导致润滑剂泄露而造成密封结构失效。例如：石油生产螺旋泵、过滤和分离装置中，60
‑
80％失效来自于橡胶的磨损。润滑系统和轴承的摩擦损失中，橡胶摩擦50
‑
70％。因此，改善橡胶密封件摩擦而有效降低其磨损程度，延长其使用寿命具有重要意义。
3.橡胶的高摩擦缺陷主要是其粘弹特性，致使橡胶与对磨件表面产生粘附，并且对磨件能够在橡胶上形成粗糙的犁沟以及所谓的滞后。橡胶粘着磨损和磨料磨损增加了磨损倾向。目前，减小橡胶摩擦系数和改善耐磨性的方式主要有两种：润滑和涂层。润滑是指在橡胶表面使用润滑油或润滑脂，缺陷是存在环境污染，橡胶表面制备改性涂层能够降低摩擦系数并增强橡胶耐磨性，不仅不影响润滑剂使用，而且能够减少污染，实现无润滑密封。
4.类金刚石非晶碳薄膜(diamond
‑
like carbon，dlc)具有高硬度和弹性模量、低摩擦系数、良好生物相容性等碳族元素和类金刚石的双重特性。橡胶主要由c和h组成，与dlc薄膜具有良好相容性。dlc薄膜的较高硬度、化学防腐蚀性和低的磨损率和摩擦因数，是一种良好的橡胶表面保护涂层。aoki y.,ohtake,n..tribological properties of segment
‑
structured diamond
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like catbon films[j].tribology international,2004,7(11):941
‑
947等研究员首次在橡胶表面制备dlc涂层，具有瓦状结构的dlc膜层可以增强其薄膜柔韧性并减小其变形应力。这种结构可以用一个网栅获得，在沉积过程中把网栅覆盖于基体表面，这样可以获得如网栅状的未镀膜部分。近些年来，国内外研究人员从基体种类、掺杂元素和工艺等方面研究了橡胶表面制备dlc系列涂层工艺和性能。丁腈橡胶(nbr)由于其良好的耐油性和较低的成本，是目前油封及o型密封圈最常用橡胶密封材料之一，实际使用中极易磨损，从而影响整个设备的安全性和可靠性。
[0005]
目前，橡胶表面制备dlc涂层技术方法包括pecvd、磁控溅射等，但是存在膜基结合强度低和沉积效率较低等不足而不利于工业化生产。


技术实现要素：

[0006]
针对已有橡胶表面制备dlc涂层存在膜基结合强度低和沉积效率较低等问题，本实用新型提供一种橡胶表面沉积dlc涂层的射频耦合磁控溅射装置，具有橡胶表面预处理所需等离子体密度高、膜基结合强度高、碳源等离子体密度高、沉积速率高等特点。
[0007]
本实用新型为解决上述问题采取的技术方案是：
[0008]
本实用新型公开了一种橡胶表面沉积dlc涂层的射频耦合磁控溅射装置，本实用新型包括上电极板1、磁控靶2、栅网3、工件4、反应气体5、惰性气体6、射频电源7、磁控电源
8、偏压电源9、真空腔室10、真空泵组11、下电极板12、主转轴13、二级转轴14、转盘15；
[0009]
所述工件4位于栅网3内，栅网3可拆卸安装在二级转轴14上，二级转轴14通过轴承可拆卸安装在转盘15上，转盘15通过轴承可拆卸安装在主转轴13上，栅网3通过主转轴13带动二级转轴14实现公转和自传运动，所述上电极板1和下电极板12联通并且位于磁控靶2和栅网3之间，所述射频电源7的阴极连接上电极板1和下电极板12，射频电源7的阳极连接真空腔室10，所述偏压电源9的阴极和阳极分别连接栅网3和真空腔室10，所述磁控电源8的阴极和阳极分别连接磁控靶2和真空腔室10，所述真空腔室10连接大地，所述真空泵组11对真空腔室10抽真空，所述反应气体5为乙炔，所述惰性气体6为氩气，所述磁控靶2为石墨。
[0010]
进一步的是，所述偏压电源9的脉冲电压50v
‑
1200v、占空比10％
‑
90％。
[0011]
进一步的是，所述上电极板1和下电极板12间距100mm
‑
300mm。
[0012]
本实用新型的有益效果是：本实用新型提出了一种橡胶表面沉积dlc涂层的射频耦合磁控溅射装置，橡胶表面预处理所需等离子体为射频放电和栅网偏压放电的复合模式，保证预处理等离子体密度高而实现橡胶表面良好的活性改性处理，乙炔作为反应性气体在射频和磁控靶的双重放电模式下实现高度离化，栅网偏压吸引等离子体中c离子运动至橡胶的表面，满足橡胶表面活性改性处理和沉积dlc涂层的科研和工业需求。
附图说明
[0013]
图1是本实用新型的结构示意图。
[0014]
图中涉及到的部件名称及标号如下：
[0015]
上电极板1、磁控靶2、栅网3、工件4、反应气体5、惰性气体6、射频电源7、磁控电源8、偏压电源9、真空腔室10、真空泵组11、下电极板12、主转轴13、二级转轴14、转盘15。
具体实施方式
[0016]
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种橡胶表面沉积dlc涂层的射频耦合磁控溅射装置包括上电极板1、磁控靶2、栅网3、工件4、反应气体5、惰性气体6、射频电源7、磁控电源8、偏压电源9、真空腔室10、真空泵组11、下电极板12、主转轴13、二级转轴14、转盘15；
[0017]
所述工件4位于栅网3内，栅网3可拆卸安装在二级转轴14上，二级转轴14通过轴承可拆卸安装在转盘15上，转盘15通过轴承可拆卸安装在主转轴13上，栅网3通过主转轴13带动二级转轴14实现公转和自传运动，所述上电极板1和下电极板12联通并且位于磁控靶2和栅网3之间，所述射频电源7的阴极连接上电极板1和下电极板12，射频电源7的阳极连接真空腔室10，所述偏压电源9的阴极和阳极分别连接栅网3和真空腔室10，所述磁控电源8的阴极和阳极分别连接磁控靶2和真空腔室10，所述真空腔室10连接大地，所述真空泵组11对真空腔室10抽真空，所述反应气体5为乙炔，所述惰性气体6为氩气，所述磁控靶2为石墨。
[0018]
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种橡胶表面沉积dlc涂层的射频耦合磁控溅射装置的偏压电源9的脉冲电压50v
‑
1200v、占空比10％
‑
90％。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0019]
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种橡胶表面沉积dlc涂层的射频耦合磁控溅射装置的上电极板1和下电极板12间距100mm
‑
300mm。其它组成
及连接关系与具体实施方式一相同。
[0020]
本实用新型工作过程如下：
[0021]
步骤一、通过真空泵组11将内的空气抽出，真空腔室内气压≤10
‑3pa；
[0022]
步骤二、将惰性气体6注入真空腔室10内，在射频电源7和偏压电源9作用下实现等离子体放电，在偏压电源9的电压作用下实现工件4预处理活性改性处理；
[0023]
步骤三、通过磁控电源8实现磁控靶2放电，调节电流；
[0024]
步骤四、将反应气体5注入真空腔室10内，启动射频电源7实现上电极板1和下电极板12之间的等离子体放电，调节电流；
[0025]
步骤五、调节偏压电源9电压，随着栅网3和工件4的转动，获得膜基结合强度良好和沉积速率高的dlc涂层。
[0026]
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。