一种结合高功率脉冲磁控溅射技术的硒鼓制备方法与流程

本发明涉及硒鼓制备技术领域，更具体地说是指一种结合高功率脉冲磁控溅射技术的硒鼓制备方法。

背景技术：

随着各种办公设备成为人们工作生活中不可或缺的辅助工具，电脑主要外设之一的激光打印机的高频率使用，也使得与之相配套的打印耗材，如砸鼓等的消耗以每年百分之三十多的速度在递増。生产一支新的砸鼓需要消耗大量的石油等资源，废旧砸鼓中的重金属元素及残余碳粉进入空气、水体、土壤会对环境造成极大的危害。所以，提高硒鼓的使用寿命，减少硒鼓的消耗不论是在经济上还是环保角度上都有着重要的意义。根据激光打印机的工作原理，硒鼓的寿命主要取决于硒鼓材料表面的摩擦学特性。因而在硒鼓表面沉积一层保护层，在不影响硒鼓感光特性的同时，増加其摩擦性能，可以有效地提高硒鼓的寿命。

首先，与常规磁控溅射相比，hipims虽同为低温工艺，但由于靶材离子高度离化，可产生高达数百ma/cm²的离子束流轰击，所沉积的薄膜具有如下优点：

(1)在电子反常输运的影响下，离子输运机制转变为横向和纵向正交运动机制，大幅提高了绕镀能力，并可通过施加基片偏压提供电场，控制靶材离子运动方向，实现全方位均匀沉积，有利于在复杂零件表面制备均匀致密薄膜。

(2)高密度离子束流轰击基体表面，在去除基体表面污染的同时注入至薄膜与基体界面，改变基体的取向和表面结构，使薄膜与基体之间形成局部外延生长，获得化学键合界面，大幅增强膜基结合强度。

(3)离子轰击可提高沉积原子表面扩散能力，促进了晶粒的重复形核速率和迁移速率，进而抑制贯穿薄膜厚度的柱状晶结构形成，提高薄膜的致密度和均匀性，改善薄膜硬度、耐磨和耐蚀等性能。

hipims技术作为一种高离化率磁控溅射技术，具有膜层沉积过程可控性好，膜层性能(包括膜基结合力、力学性能、耐摩擦磨损性能及耐化学腐蚀性能等)大大改善的优点。但从工业化技术应用的角度来讲，该技术存在的缺点是沉积速率太低，这可能是制约该技术发展的主要原因。此外，虽然该技术的离化率较常规直流磁控溅射的离化率高，但是对于某些低溅射率的金属靶材，其系统粒子离化率还有待于进一步提高，这也是限制该项技术推广应用的关键。

hipims低沉积速率由溅射金属离子被靶吸回所导致，只有将金属离子有效地收集并输运到基体附近，才可能减少沉积速率的损失。与真空阴极弧沉积系统相结合，在工件上施加负高压，即可改变等离子体区间的电势分布，在工件附近形成低电势区，吸引金属离子向工件运动，进而在一定程度上解决hipims沉积速率低的问题，同时有效改善了膜基界面结合状况，提高薄膜质量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种结合高功率脉冲磁控溅射技术的硒鼓制备方法，将高功率脉冲磁控溅射与真空阴极弧沉积系统相结合，能够改善界面性能，提高薄膜的摩擦学特性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结合高功率脉冲磁控溅射技术的硒鼓制备方法，包括基体，和相互连接的真空系统、高功率脉冲磁控溅射系统、真空阴极弧沉积系统及控制系统，所述基体通过所述高功率脉冲磁控溅射系统与所述真空阴极弧沉积系统结合制备成硒鼓；

所述结合高功率脉冲磁控溅射技术的硒鼓制备方法，方法步骤如下：

s01.利用重金属和气体混合等离子体对所述基体表面进行高低能交替清洗；

s02.利用高功率脉冲磁控溅射系统(hipims)对所述基体进行二次清洗；

s03.所述真空阴极弧沉积系统(fcva)以碳靶为阴极，利用双90度磁过滤沉积方法在所述基体上进行高致密dlc涂层的沉积；

s04.利用阳极层气体离子源对所述dlc涂层进行纳米结构刻蚀形成1-3nm的无定形增透及耐磨层；

s05.所述高功率脉冲磁控溅射系统和/或所述真空阴极弧沉积系统分别或同时进行沉积，两者离子束呈夹角分布，制备成硒鼓。

进一步方案为，所述碳靶产生的碳离子依次穿过第一强脉冲线包和t型磁过滤弯管，为t型磁过滤沉积方法。

进一步方案为，所述第一强脉冲线包的频率0～200hz，电流为0～50a。

进一步方案为，所述t型磁过滤弯管正偏压采用脉冲式，频率20-100hz，电压10-30v。

进一步方案为，所述弯管的磁场采用三块线包，与阳极筒相邻的为强脉冲线包，频率为20-80hz，电流为0-20a，中间线包为直流线包0-5a。

进一步方案为，所述真空室相接的为高脉冲聚焦线包，电流为30-200a，频率为30-300hz。

进一步方案为，所述高功率脉冲磁控溅射系统和所述真空阴极弧沉积系统的离子束的夹角的角度为30～90度。

进一步方案为，所述真空阴极弧沉积系统(fcva)和所述高功率脉冲磁控溅射系统(hipims)均配有冷却系统。

进一步方案为，所述基体的样品位于真空室中。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明在工作温度较低，适用于各种基底，引出的等离子体密度更高，膜层致密性好，结合力良好，通过将高功率脉冲磁控溅射与真空阴极弧沉积系统相结合，改变等离子体区间的电势分布，提高等离子体密度，在一定程度上解决hipims沉积速率低的问题，同时有效改善了膜基界面结合状况，膜层的致密性良好，制备的薄膜颜色根据薄膜成分可调，沉积速率有所提高，使用性能优良，能够改善界面性能，提高薄膜的摩擦学特性。

附图说明

图1为本发明具体实施例的系统设备结构示意图；

图2为本发明具体实施例的工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明的具体实施例，包括基体，和相互连接的真空系统、高功率脉冲磁控溅射系统、真空阴极弧沉积系统及控制系统，基体通过高功率脉冲磁控溅射系统与真空阴极弧沉积系统结合制备成硒鼓；

结合高功率脉冲磁控溅射技术的硒鼓制备方法，方法步骤如下：

s01.利用重金属和气体混合等离子体对基体表面进行高低能交替清洗；

s02.利用高功率脉冲磁控溅射系统(hipims)对基体进行二次清洗；

s03.真空阴极弧沉积系统(fcva)以碳靶为阴极，利用双90度磁过滤沉积方法在基体上进行高致密dlc涂层的沉积；

s04.利用阳极层气体离子源对所述dlc涂层进行纳米结构刻蚀形成1-3nm的无定形增透及耐磨层；

s05.高功率脉冲磁控溅射系统和/或真空阴极弧沉积系统分别或同时进行沉积，两者离子束呈夹角分布，制备成硒鼓。

进一步地，碳靶产生的碳离子依次穿过第一强脉冲线包和t型磁过滤弯管，为t型磁过滤沉积方法。

进一步地，第一强脉冲线包的频率0～200hz，电流为0～50a。

进一步地，t型磁过滤弯管正偏压采用脉冲式，频率20-100hz，电压10-30v。

进一步地，弯管的磁场采用三块线包，与阳极筒相邻的为强脉冲线包，频率为20-80hz，电流为0-20a，中间线包为直流线包0-5a。

进一步地，真空室相接的为高脉冲聚焦线包，电流为30-200a，频率为30-300hz。

进一步地，高功率脉冲磁控溅射系统和真空阴极弧沉积系统的离子束的夹角的角度为30～90度。

真空阴极弧沉积系统(fcva)和所述高功率脉冲磁控溅射系统(hipims)均配有冷却系统。

进一步地，基体的样品位于真空室中。

进一步地，本发明方法处理的硒鼓，色度可调节，薄膜致密性优异，提高亮度以及摩擦性能，延长使用寿命。

本发明包括高功率脉冲磁控溅射系统两套和真空阴极弧沉积系统两套。

其中，t型磁过滤沉积方法为：使碳靶产生的碳离子依次穿过第一强脉冲线包和t型磁过滤弯管。

其中，磁过滤系统技术参数如下：一套脉冲线包，频率0-200hz，电流0-50a；一套抑制线包，频率0-200hz,电流0-10a；一套90度磁过滤弯管，弯管正偏压采用脉冲式，频率20-100hz，电压10-30v；弯管磁场采用三块线包，与阳极筒相邻的为强脉冲线包，频率为20-80hz，电流为0-20a；中间线包为直流线包0-5a，与真空室相接的为高脉冲聚焦线包，电流为30-200a，频率为30-300hz。

如图2所示：fcva为真空阴极弧沉积系统，hipims为高功率脉冲磁控溅射系统，二者均配有冷却系统。样品位于真空室中，可进行自转以及公转运动。通过各部分的合理设计，可使两部分单独工作，也可结合两部分共同工作。两者离子束呈夹角分布，角度30-90度，利用hipims技术低占空比和高峰值功率密度的脉冲与fcva所产生的等离子体相互作用，可以制备性能更加优良的薄膜。在保证膜层质量的情况下，尽可能的缩小设计尺寸，减小空间，降低成本。通过设备线路走线的优化，进一步优化整体设计。

本发明在工作温度较低，适用于各种基底，引出的等离子体密度更高，膜层致密性好，结合力良好，通过将高功率脉冲磁控溅射与真空阴极弧沉积系统相结合，改变等离子体区间的电势分布，提高等离子体密度，在一定程度上解决hipims沉积速率低的问题，同时有效改善了膜基界面结合状况，膜层的致密性良好，制备的薄膜颜色根据薄膜成分可调，沉积速率有所提高，使用性能优良，能够改善界面性能，提高薄膜的摩擦学特性。

以上所述仅为本专利优选实施方式，并非限制本专利范围，凡是利用说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其它相关的技术领域，均属于本专利保护范围。