[0049]1.涂層室2.真空腔體 3.操作控制器 4.前倉門
[0050]5.后倉門6.非平衡磁控陰極7.高功率脈沖磁控陰極
[0051]8.靶材擋板 9.工件基體 10.中心陽極 11.真空機械泵
[0052]12.分子泵13.冷熱水控制箱14.功能氣體分配箱
[0053]15.陰極靶材隔柵16.腔體加熱器 17.三維旋轉架 18.磁力線
[0054]19.閉合磁場20.靶材A電源柜21.靶材B電源柜
[0055]22.靶材C電源柜 23.靶材D電源柜24.HIPIMS電源柜
[0056]25.偏壓電源柜26.控制系統弱電柜27.陽極電源
[0057]28.上下料運輸車29.運輸車軌道30.HIP頂S磁過濾器
【具體實施方式】
[0058]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0059]根據圖1、圖2和圖3，本發明提供了一種PVD與HIP頂S工業化制備超硬DLC碳涂層裝置，包括涂層室1、真空腔體2、操作控制器3、前倉門4、后倉門5、非平衡磁控陰極6、高功率脈沖磁控陰極7、靶材擋板8、工件基體9、中心陽極10、真空機械泵11、分子泵12、冷熱水控制箱13、功能氣體分配箱14、陰極靶材隔柵15、腔體加熱器16、三維旋轉架17、靶材A電源柜18、靶材B電源柜19、靶材C電源柜20、靶材D電源柜21、HIPIMS電源柜22、偏壓電源柜23、控制系統弱電柜24、陽極電源25、上下料運輸車26、運輸車軌道27、HIP頂S磁過濾器28。
[0060]所述高功率脈沖磁控陰極，簡稱為HIPIMS ;所述非平衡磁控陰極，簡稱為UBM ;所述涂層裝置由涂層室1、操作控制器3、真空機械泵11、分子泵12、冷熱水控制箱13、功能氣體分配箱14、腔體加熱器16、三維旋轉架17、電源系統、上下料裝置組成；所述涂層室I焊接固定在設備框架上，所述設備框架為矩形不銹鋼方通焊接結構，所述涂層室I包括真空腔體2、前倉門4、后倉門5;所述真空腔體2為八面體不銹鋼筒形雙層結構，所述前倉門4和后倉門5分別設置于所述真空腔體2的前面和后面，所述前倉門4和后倉門5的截面為三折板式，所述前倉門4、后倉門5跨度占用所述八面體的三個相鄰面，所述前倉門4通過鉸鏈固定連接于所述真空腔體2的右側面下邊緣上，所述后倉門5通過鉸鏈固定連接于所述真空腔體2的右側面上邊緣上，所述前倉門4和所述后倉門5均向右側開門設置，并與所述真空腔體2密封連接；所述真空腔體2的頂部中心設置有中心陽極10，所述真空腔體2的底面設置有三維旋轉架17，所述三維旋轉架17上設置有工件基體9，所述真空腔體2內部設置有四個UBM6，所述四個UBM6分別裝配在所述真空腔體2內八面體的左上面、左下面、右上面、右下面位置，所述UBM6靠近內側面設置，所述UBM6前方設置有陰極靶材隔柵15 ；所述真空腔體3左側面外面設置有HIP頂S7，所述HIP頂S7與所述真空腔體2之間設置有HIPIMS磁過濾器30 ;所述真空腔體2內部上側面和下側面，各設置有一組腔體加熱器16 ；所述真空腔體2右側面設置有真空接口，所述真空接口通過管道與真空機械泵11、分子泵12連通，所述真空腔體2的雙層結構通過管道與冷熱水控制箱13連通，所述真空腔體2底面開設有氣體接口，所述氣體接口與功能氣體分配箱14連通；所述電源系統包括靶材A電源柜20、靶材B電源柜21、靶材C電源柜22、靶材D電源柜23、HIPIMS電源柜25、偏壓電源柜24、控制系統弱電柜26、陽極電源27 ;所述電源系統與所述操作控制器3電氣連接，所述操作控制器3與所述四個UBM6、HIP頂S7、真空機械泵11、分子泵12、冷熱水控制箱13、功能氣體分配箱14、腔體加熱器16、三維旋轉架17驅動電機電氣連接；所述前倉門4外側設置有上下料裝置，所述上下料裝置由上下料運輸車28和運輸車軌道29構成。
[0061]所述電源系統集成為一體式電源柜，所述電源柜上方設置為操作控制器3。
[0062]所述三維旋轉架17由所述真空腔體2底下的電機驅動，所述三維旋轉架17與所述電機密封軸連接；所述三維旋轉架17上設置有多個衛星旋轉支架，所述衛星支架與所述三維旋轉架17通過齒輪齒接，所述衛星旋轉支架隨著三維旋轉架17同步轉動，所述衛星支架上設置有多層工件基體9。
[0063]所述UBM6由多塊永磁體并列裝配而成，所述永磁體的磁極交替方式排列，所述永磁體外側繞制的線圈繞組，所述各個UBM6與所述HIPH1S7的磁力線，在所述真空腔體2內部構成閉合磁場。
[0064]所述UBM6和所述HIP頂S7內設置有冷卻通道，所述冷卻通道與所述冷熱水控制箱13連通。
[0065]所述功能氣體分配箱14與氮氣、氬氣、乙炔氣源通過管道連通，所述功能氣體分配箱14內設置有調節閥門和流量計。
[0066]依據圖4，本發明一種PVD與HIP頂S制備超硬DLC涂層方法，簡稱涂層方法:
[0067]1、起動涂層設備:初始化參數設置；
[0068]2、抽真空，開啟機械真空泵11、分子泵12 ;開始腔體加熱器16加熱；
[0069]3、靶材清洗，對靶材表面進行離子轟擊清洗；
[0070]4、短時間氬離子轟擊，通入氬氣，對工件基體9表面進行轟擊清洗；
[0071]5、脈沖磁控濺射，啟動高功率脈沖磁控制濺射HIP頂S7的WC陰極祀，設置偏壓為-800伏特，濺射時間為3分鐘；
[0072]6、脈沖磁控濺射制備WC中間層，通過HIP頂S7的WC陰極靶，對工件基體9表面涂層制備WC中間層；
[0073]7、UBM6與HIP頂S7磁控濺射，制備WC中間層，偏壓-175伏特，時間8分鐘；
[0074]8、非平衡磁控濺射，制備C-DLC涂層，設置偏壓為-75伏特，控制電流密度為1W/cm2 ;控制乙炔氣體流量為eOsccm ;按涂層厚度的要求，進行相應的涂層時間的控制；
[0075]9、最后，設置偏壓為-75伏特，電流密度為lOW/cm2 ;控制乙炔流量為15sCCm ;制得軟質DLC涂層，使碳涂層DLC的表面性能達到摩擦系數〈0.1。
[0076]本發明使碳基類金剛石涂層具備如下特性:碳基薄膜涂層的維氏硬度40_80GPa，摩擦系數〈0.1，氫含量7-11% ,D/G>0.6 ο
[0077]所述非平衡磁控陰極6，其主體是由適合的銅材機加工而成，冷水通道被放置在線性磁陣列的內與外之間；外圍與陰極同心的一個電磁線圈的配置是用來產生與外磁陣列磁極平行的磁場，對于由永磁體的典型配置建立的磁場在借助于線圈電磁場而形成閉合回路的效果會被加強；另外UBM6的一個的重要特征是所形成的磁場陣列可以進行前后往復運動，這一特征也同時彌補由于典型的磁控靶表面的侵蝕引起的磁場強度增加的缺陷；用來生長超硬DLC的靶材是由高純度的石墨并卡裝在所述UBM陰極體上實現的，磁控濺射過程是由直流電源lOW/cm2產生濺射，電壓范圍在-500伏特時發起，濺射電源采用恒流控制，這樣，通過移動相應磁場陣列使濺射電壓可以保持恒定，工件基體9施加負偏壓范圍在-50伏特到-200伏特主要取決于被鍍基體允許的溫度數據。
[0078]所述中心陽極10效果，當把中心陽極10的電壓增加越大，那么流向中心陽極10電流與工件基體9的電流也相應增大；在陽極電壓-50伏特時的特殊濺射配置中，電流流向陰極總數也可以達到要求，這意味著，幾乎沒有電流流向的真空腔室壁；當繼續增加陽極電壓時將進一步的增加二次電子的形成和工件基體9電流被提高到更高的值，甚至增強離子轟擊工件基體到幾兆Acm 2。
[0079]所述真空腔體2設置了 5個陰極靶，其中一個HIP頂S7靶和四個UBM6靶，真空腔室2加熱后，真空系統才起動，其目的是為了減少脫氣量；所述5個確定位置的磁控陰極前的可移動隔柵使用氬離子對石墨靶進行幾分鐘的清洗，即對靶材本身進行清洗，使之免于受大氣的污染；這一步驟執行后，緊跟的是氬離子濺射蝕刻，大約需要8分鐘；高功率脈沖磁控濺射靶的預處理是用配備WC