本发明涉及一种镀膜基材以及离子束源沉积制备该镀膜基材的方法。
背景技术：
：玻璃能承受多数普通环境的长期使用要求，是一种非常稳定的材，但当玻璃的表面经常与其它硬质材料接触或产生摩擦时，如与玻璃、陶瓷、硬质金属进行刮蹭摩擦时，玻璃的表面是比较容易损坏的。此外，当玻璃表面暴露在化学腐蚀性气氛，或者一些无机或有机溶剂接触(如碱溶液、酸雨或某些类型的硬水)，经常会导致玻璃表面的劣化及产生污渍，产生不可清除的可见外观缺陷。这些人眼可见的玻璃划伤、擦伤、侵蚀痕迹直接影响它的美观性。因此提升玻璃表面的抗划伤性能和抗腐蚀能力，是非常有意义的。类金刚石薄膜通常又被人们称为dlc(diamondlikecarbon)薄膜，它是一类性质近似于金刚石，具有高硬度、高电阻率、良好光学性能等，同时又具有自身独特摩擦学特性的非晶碳薄膜。碳元素因碳原子和碳原子之间的不同结合方式，从而使其最终产生不同的物质：金刚石(diamond)—碳碳以sp3键的形式结合；石墨(graphite)—碳碳以sp2键的形式结合；而类金刚石(dlc)—碳碳则是以sp3和sp2键的形式结合，生成的无定形碳的一种亚稳定形态，兼具了金刚石和石墨的优良特性。由类金刚石而来的dlc膜同样是一种亚稳态长程无序的非晶材料，碳原子间的键合方式是共价键，主要包含sp2和sp3两种杂化键，而在含氢的dlc膜中还存在一定数量的c-h键。为了解决玻璃表面擦伤、侵蚀这些问题，前人做过一系列的探索研究。采用过在玻璃表面形成一层有机抗划伤薄膜，这样可以有效的降低玻璃表面的摩擦系数及提升表面的抗划伤抗腐蚀能力，但有机膜的结合强度不高，耐候性能差、容易彻底脱离。还有一种方法是在玻璃表面制备一层无机薄膜，如氧化物或者氮化物膜层，这种膜层有较高的膜层硬度及抗腐蚀能力，但是摩擦系数较高，在摩擦过程中容易造成膜层脱落。从前人的研究中不难看出，解决玻璃表面的抗划伤和抗腐蚀性能，主要从三个方面进行性能提升，一是通过制备膜层降低玻璃表面的摩擦系数，摩擦系数越低越不容易造成划伤，即使在表面硬度相同的情况下，摩擦系数的降低也有利于玻璃表面抗划伤性能的提升；二是通过膜层提升表面硬度，表面硬度提升抗划伤性能也会大幅度提升，三是膜层具有抗酸抗碱抗有机溶剂的能力，形成惰性表面，不与外接的化学物质发生反应提升抗腐蚀性能。前人的研究中没能很好的将这三者有机的结合起来，要么兼顾了摩擦系数的降低及抗腐蚀性能的提升，要么仅兼顾了膜层硬度的提升及抗腐蚀性能的提升。技术实现要素：基于此，有必要提供一种镀膜基材以及离子束源沉积制备镀膜基材的方法，该镀膜基材的表面膜层的摩擦系数较低、硬度较高并且具有优异的抗酸碱腐蚀能力。一种离子束源沉积制备镀膜基材的方法，包括如下步骤：提供基材；在所述基材表面形成介质层，所述介质层的材料为zro或sioxny，其中，0.1<x<2，0.1<y<4/3；以碳原子数为1～12的碳氢化合物为气体碳源，控制所述气体碳源的流量为10sccm/m～500sccm/m，同时控制本底真空度为10-2mbar～10-7mbar、电压为600v～1200v、加速磁场的强度为0.01kg～5kg，在所述介质层上沉积形成厚度为1nm～5nm的第一类金刚石碳层；以及调整所述电压为1500v～3000v，其他条件保持不变，在所述第一类金刚石碳层上继续沉积形成厚度为2nm～20nm的第二类金刚石碳层，得到镀膜基材。在一个实施例中，所述基材的材料为玻璃、透明材料、金属或陶。在一个实施例中，所述介质层的厚度为1nm～300nm。在一个实施例中，所述碳原子数为1～12的碳氢化合物选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯和丙炔中的至少一种。在一个实施例中，所述在所述介质层的表面沉积形成厚度为1nm～5nm的第一类金刚石碳层的操作中，所述气体碳源的流量为60sccm/m～100sccm/m，所述本底真空度为10-3mbar～10-4mbar。在一个实施例中，所述在所述介质层的表面沉积形成厚度为1nm～2nm的第一类金刚石碳层的操作中，所述电压为600v～1200v。在一个实施例中，所述在所述第一类金刚石碳层上沉积形成厚度为2nm～20nm的第二类金刚石碳层的操作中，所述电压为2000v～3000v。一种镀膜基材，所述镀膜基材通过上述的离子束源沉积制备镀膜基材的方法制得；所述镀膜基材包括依次层叠的基材、介质层、第一类金刚石碳层以及第二类金刚石碳层；所述介质层的材料为zro或sioxny，其中，0.1<x<2，0.1<y<4/3；所述第一类金刚石碳层的厚度为1nm～5nm，所述第一类金刚石碳层中含有c-h键、以sp2的形式结合的c-c键以及以sp3的形式结合的c-c键；所述第二类金刚石碳层的厚度为2nm～20nm，所述第二类金刚石碳层中含有c-h键、以sp2的形式结合的c-c键以及以sp3的形式结合的c-c键。在一个实施例中，所述第二类金刚石碳层中，所述c-h键、所述以sp2的形式结合的c-c键和所述以sp3的形式结合的c-c键之和与所述以sp3的形式结合的c-c键之间的比例为100：30～70。在一个实施例中，所述第二类金刚石碳层中，所述c-h键、所述以sp2的形式结合的c-c键和所述以sp3的形式结合的c-c键之和与所述以sp3的形式结合的c-c键之间的比例为100：50～60。这种镀膜基材的外表面形成有第二类金刚石碳层，第二类金刚石碳层中含有c-h键、以sp2的形式结合的c-c键以及以sp3的形式结合的c-c键，从而兼具了金刚石的高硬度和石墨表面低摩擦系数的优良特性，提高了镀膜基材的硬度，同时使得镀膜基材有较低的摩擦系数和优异的抗酸碱腐蚀能力。附图说明图1为一实施方式的离子束源沉积制备镀膜基材的方法的制备方法的流程图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。如图1所示的一实施方式的离子束源沉积制备镀膜基材的方法，包括如下步骤：s10、提供基材。基材的材料可以为玻璃、金属或陶瓷。优选的，s10还包括对基材进行预处理的过程，具体可以为：对基材清洗干燥。s20、在s10得到的基材表面形成介质层。介质层的材料为zro或sioxny，其中，0.1<x<2，0.1<y<4/3。优选的，介质层的材料为zro或sion2/3。介质层的厚度为1nm～300nm，优选为5nm～100nm，最优选为10nm～50nm。可以通过磁控溅射沉积的方法在基材表面沉积形成介质层。s30、以碳原子数为1～12的碳氢化合物为气体碳源，控制气体碳源的流量为10sccm/m～500sccm/m，同时控制本底真空度为10-2mbar～10-7mbar、电压为500v～1200v、加速磁场的强度为0.01kg～5kg，在s20得到的介质层上沉积形成厚度为1nm～5nm的第一类金刚石碳层。s30中的沉积形成第一类金刚石碳层的操作可以采用无栅极阳极层离子源设备完成，利用500v～1000v的电压将通过正负电极狭缝(宽度范围为0.1mm～20mm)的碳原子数为1～12的碳氢化合物的气体碳源分子电离形成离子，再依靠强度为0.01kg～5kg的加速磁场(宽度范围为1mm～30mm)将离子加速形成高能离子，从而在介质层的表面沉积形成第一类金刚石碳层。这种沉积方式气体碳源的离子化程度较高，并且电离后形成的离子能量可调，气体掺杂和供气方式调节容易。优选的，优化后的阳极层离子源大大延长了镀膜清理维护周期，优化了阴极磁场强度及构型，使得更有利于离子的抽出及能量调节。优选的，碳原子数为1～12的碳氢化合物选自甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯和丙炔中的至少一种。特别优选的，碳原子数为1～12的碳氢化合物为乙炔。乙炔中h含量较低，可以提高形成的第一类金刚石碳层以及后续形成的第二类金刚石层中的c-c键的比例。优选的，s30中，气体碳源的流量为60sccm/m～100sccm/m。优选的，s30中，本底真空度为10-3mbar～10-4mbar。优选的，s30中，加速磁场的强度为0.1kg～0.5kg。优选的，s30中，电压为600v～1200v。特别优选的，s30中，电压为800v。s40、调整电压为1500v～3000v，其他条件保持不变，在s30得到的第一类金刚石碳层上继续沉积形成厚度为2nm～20nm的第二类金刚石碳层，得到镀膜基材。s40中其他条件保持不变，即，s40中：气体碳源的流量为10sccm/m～500sccm/m、本底真空度为10-2mbar～10-7mbar、加速磁场的强度为0.01kg～5kg。优选的，s40中，气体碳源的流量为10sccm/m～500sccm/m。特别优选的，s40中，气体碳源的流量为60sccm/m～100sccm/m。优选的，s40中，本底真空度为10-3mbar～10-4mbar。优选的，s40中，加速磁场的强度为0.1kg～0.5kg。优选的，s40中，电压为2000v～3000v。特别优选的，s40中，电压为2500v。s40中的沉积形成第二类金刚石碳层的操作可以采用无栅极阳极层离子源设备完成，利用1500v～3000v的电压将通过正负电极狭缝(宽度范围为0.1mm～20mm)的碳原子数为1～12的碳氢化合物的气体碳源分子电离形成离子，再依靠强度为0.01kg～5kg的加速磁场(宽度范围为1mm～30mm)将离子加速形成高能离子，从而在第一类金刚石碳层的表面沉积形成第二类金刚石碳层。s40中，电压为1500v～3000v，离子经过加速后，离子能量达到750ev～1500ev，沉积形成的第二类金刚石碳层的强度更高。经过成分分析发现，s30中形成的第二类金刚石碳层中，高强度的sp3的形式结合的c-c键的含量可达到60％。这种沉积方式气体碳源的离子化程度较高，并且电离后形成的离子能量可调，气体掺杂和供气方式调节容易。优选的，优化后的阳极层离子源大大延长了镀膜清理维护周期，优化了阴极磁场强度及构型，使得更有利于离子的抽出及能量调节。s30为膜层沉积的起始阶段，离子可以注入进介质层实现过渡生长层形成第一类金刚石碳层，接着s40在第一类金刚石碳层表面形成第二类金刚石碳层，从而大大提高了制得的第一类金刚石碳层、第二类金刚石碳层和基材之间的附着力。本发明还公开了采用上述离子束源沉积制备镀膜基材的方法制得的镀膜基材，镀膜基材包括依次层叠的基材、介质层、第一类金刚石碳层以及第二类金刚石碳层。介质层的厚度为1nm～300nm，优选为5nm～100nm，最优选为10nm～50nm。介质层的材料为zro或sioxny，其中，0.1<x<2，0.1<y<4/3。第一类金刚石碳层的厚度为1nm～5nm，第一类金刚石碳层中含有c-h键、以sp2的形式结合的c-c键以及以sp3的形式结合的c-c键。第二类金刚石碳层的厚度为2nm～20nm，第二类金刚石碳层中含有c-h键、以sp2的形式结合的c-c键以及以sp3的形式结合的c-c键。优选的，第二类金刚石碳层中，c-h键、以sp2的形式结合的c-c键和以sp3的形式结合的c-c键之和与以sp3的形式结合的c-c键之间的比例为100：30～70。特别优选的，第二类金刚石碳层中，c-h键、以sp2的形式结合的c-c键和以sp3的形式结合的c-c键之和与以sp3的形式结合的c-c键之间的比例为100：50～60。这种镀膜基材的外表面形成有第二类金刚石碳层，第二类金刚石碳层中含有c-h键、以sp2的形式结合的c-c键以及以sp3的形式结合的c-c键，从而兼具了金刚石的高硬度和石墨表面低摩擦系数的优良特性，提高了镀膜基材的硬度，同时使得镀膜基材有较低的摩擦系数和优异的抗酸碱腐蚀能力。介质层氧化锆或氮氧化硅可以阻止玻璃本体的钠离子向外析出，从而破坏dlc膜层，同时离子束注入的碳离子可以与氧化锆结合生成zrcox硬质过渡膜层，离子束注入碳离子与氮氧化硅结合生成sicox硬质过渡膜层。此外，通过采用应力过渡层，第一类金刚石碳层以及第二类金刚石碳层实现了应力过渡，有效解决高硬度类金刚石膜层直接沉积在玻璃基材上附着力不高，耐久性不佳的问题。以下为具体实施例。实施例1提供厚度为6mm的普通白玻作为基材，并对基材进行清洗干燥。进入真空镀膜腔室，在氮氧混合氛围下，以si为靶材，在清洗干燥后的基材的沉积形成厚度为35nm的sioxny层。以乙炔为气体碳源，控制乙炔的流量为80sccm/m，同时控制本底真空度为10-3mbar、电压为800v，在zro层表面沉积形成厚度为2nm的第一类金刚石碳层。以乙炔为气体碳源，控制乙炔的流量为80sccm/m，同时控制本底真空度为10-3mbar、电压为2500v，在第一类金刚石碳层上沉积形成厚度为6nm的第二类金刚石碳层，得到镀膜基材。实施例2提供厚度为6mm的普通白玻作为基材，并对基材进行清洗干燥。进入真空镀膜腔室，在氮氧混合氛围下，以si为靶材，在清洗干燥后的基材的沉积形成厚度为35nm的sioxny层。以乙烯为气体碳源，控制乙烯的流量为60sccm/m，同时控制本底真空度为10-4mbar、电压为1000v，在sioxny层的表面沉积形成厚度为2nm的第一类金刚石碳层。以乙烯为气体碳源，控制乙烯的流量为60sccm/m，同时控制本底真空度为10-4mbar、电压为3000v，在第一类金刚石碳层上沉积形成厚度为8nm的第二类金刚石碳层，得到镀膜基材。实施例3提供厚度为6mm的普通白玻作为基材，并对基材进行清洗干燥。进入真空镀膜腔室，在含氧氛围下，以zr为靶材，在清洗干燥后的基材的沉积形成厚度为10nm的zro层。以丙烷为气体碳源，控制丙烷的流量为100sccm，同时控制本底真空度为10-7mbar、电压为500v，在zro层的表面沉积形成厚度为1nm的第一类金刚石碳层。以丙烷为气体碳源，控制丙烷的流量为100sccm/m，同时控制本底真空度为10-7mbar、电压为1500v，在第一类金刚石碳层上沉积形成厚度为6nm的第二类金刚石碳层，得到镀膜基材。测试例1、对厚度为6mm的普通白玻、实施例1～3制得的镀膜基材进行雾度值和临界负重值测试，测量结果如下表1所示，具体测量方法如下：石英砂震动测试，直接将待测材料负重倒扣在震动的石英砂表面，往复震动10000次，测量雾度值；表1、普通白玻、实施例1～3制得的镀膜基材的雾度值。普通白玻实施例1实施例2实施例3雾度值9.5％0.3％0.38％0.42％由表1可以看出，实施例1～3制得的镀膜玻璃的雾度值明显优于普通白玻。2、对厚度为6mm的普通白玻、实施例1～3制得的镀膜基材进行抗划伤测试，测试结果如下表2所示，具体测试方法如下所示。耐磨试验方法：采用相同磨头，对待测材料进行摩擦测试，面摩擦可观察相同面积区域划痕引起的雾度变化值。耐划痕测试：采用相同的划头，设置不同的划动负载，对待测材料进行划伤测试，测试线性摩擦可观察划痕深度，反复接触实验：采用相同材质，相同压力，周期性反复触碰待测材料的表面，观察对比被测试表面的清晰度。表2：普通白玻、实施例1～3制得的镀膜基材的透过率和抗划伤测试结果。3、对实施例1制得的镀膜基材与厚度为6mm的普通白玻进行对比测试，测试结果如下：实施例1制得的镀膜基材，不容易与污渍形成牢固的结合，表面形成顽固污渍的系数更低；耐紫外辐照显示，紫外耐老化性能优异，紫外辐照15天未见明显的性能衰退；耐酸耐碱性能优异，膜层反射颜色几乎不存在颜色改变和失真；与普通白玻相比，实施例1制得的镀膜基材的负载重量增加到普通白玻的70倍时，镀膜表面才开始看到轻微划伤。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页12