[0049]1.涂层室2.真空腔体 3.操作控制器 4.前仓门
[0050]5.后仓门6.非平衡磁控阴极7.高功率脉冲磁控阴极
[0051]8.靶材挡板 9.工件基体 10.中心阳极 11.真空机械泵
[0052]12.分子泵13.冷热水控制箱14.功能气体分配箱
[0053]15.阴极靶材隔栅16.腔体加热器 17.三维旋转架 18.磁力线
[0054]19.闭合磁场20.靶材A电源柜21.靶材B电源柜
[0055]22.靶材C电源柜 23.靶材D电源柜24.HIPIMS电源柜
[0056]25.偏压电源柜26.控制系统弱电柜27.阳极电源
[0057]28.上下料运输车29.运输车轨道30.HIP頂S磁过滤器
【具体实施方式】
[0058]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]根据图1、图2和图3，本发明提供了一种PVD与HIP頂S工业化制备超硬DLC碳涂层装置，包括涂层室1、真空腔体2、操作控制器3、前仓门4、后仓门5、非平衡磁控阴极6、高功率脉冲磁控阴极7、靶材挡板8、工件基体9、中心阳极10、真空机械泵11、分子泵12、冷热水控制箱13、功能气体分配箱14、阴极靶材隔栅15、腔体加热器16、三维旋转架17、靶材A电源柜18、靶材B电源柜19、靶材C电源柜20、靶材D电源柜21、HIPIMS电源柜22、偏压电源柜23、控制系统弱电柜24、阳极电源25、上下料运输车26、运输车轨道27、HIP頂S磁过滤器28。
[0060]所述高功率脉冲磁控阴极，简称为HIPIMS ;所述非平衡磁控阴极，简称为UBM ;所述涂层装置由涂层室1、操作控制器3、真空机械泵11、分子泵12、冷热水控制箱13、功能气体分配箱14、腔体加热器16、三维旋转架17、电源系统、上下料装置组成；所述涂层室I焊接固定在设备框架上，所述设备框架为矩形不锈钢方通焊接结构，所述涂层室I包括真空腔体2、前仓门4、后仓门5;所述真空腔体2为八面体不锈钢筒形双层结构，所述前仓门4和后仓门5分别设置于所述真空腔体2的前面和后面，所述前仓门4和后仓门5的截面为三折板式，所述前仓门4、后仓门5跨度占用所述八面体的三个相邻面，所述前仓门4通过铰链固定连接于所述真空腔体2的右侧面下边缘上，所述后仓门5通过铰链固定连接于所述真空腔体2的右侧面上边缘上，所述前仓门4和所述后仓门5均向右侧开门设置，并与所述真空腔体2密封连接；所述真空腔体2的顶部中心设置有中心阳极10，所述真空腔体2的底面设置有三维旋转架17，所述三维旋转架17上设置有工件基体9，所述真空腔体2内部设置有四个UBM6，所述四个UBM6分别装配在所述真空腔体2内八面体的左上面、左下面、右上面、右下面位置，所述UBM6靠近内侧面设置，所述UBM6前方设置有阴极靶材隔栅15 ；所述真空腔体3左侧面外面设置有HIP頂S7，所述HIP頂S7与所述真空腔体2之间设置有HIPIMS磁过滤器30 ;所述真空腔体2内部上侧面和下侧面，各设置有一组腔体加热器16 ；所述真空腔体2右侧面设置有真空接口，所述真空接口通过管道与真空机械泵11、分子泵12连通，所述真空腔体2的双层结构通过管道与冷热水控制箱13连通，所述真空腔体2底面开设有气体接口，所述气体接口与功能气体分配箱14连通；所述电源系统包括靶材A电源柜20、靶材B电源柜21、靶材C电源柜22、靶材D电源柜23、HIPIMS电源柜25、偏压电源柜24、控制系统弱电柜26、阳极电源27 ;所述电源系统与所述操作控制器3电气连接，所述操作控制器3与所述四个UBM6、HIP頂S7、真空机械泵11、分子泵12、冷热水控制箱13、功能气体分配箱14、腔体加热器16、三维旋转架17驱动电机电气连接；所述前仓门4外侧设置有上下料装置，所述上下料装置由上下料运输车28和运输车轨道29构成。
[0061]所述电源系统集成为一体式电源柜，所述电源柜上方设置为操作控制器3。
[0062]所述三维旋转架17由所述真空腔体2底下的电机驱动，所述三维旋转架17与所述电机密封轴连接；所述三维旋转架17上设置有多个卫星旋转支架，所述卫星支架与所述三维旋转架17通过齿轮齿接，所述卫星旋转支架随着三维旋转架17同步转动，所述卫星支架上设置有多层工件基体9。
[0063]所述UBM6由多块永磁体并列装配而成，所述永磁体的磁极交替方式排列，所述永磁体外侧绕制的线圈绕组，所述各个UBM6与所述HIPH1S7的磁力线，在所述真空腔体2内部构成闭合磁场。
[0064]所述UBM6和所述HIP頂S7内设置有冷却通道，所述冷却通道与所述冷热水控制箱13连通。
[0065]所述功能气体分配箱14与氮气、氩气、乙炔气源通过管道连通，所述功能气体分配箱14内设置有调节阀门和流量计。
[0066]依据图4，本发明一种PVD与HIP頂S制备超硬DLC涂层方法，简称涂层方法:
[0067]1、起动涂层设备:初始化参数设置；
[0068]2、抽真空，开启机械真空泵11、分子泵12 ;开始腔体加热器16加热；
[0069]3、靶材清洗，对靶材表面进行离子轰击清洗；
[0070]4、短时间氩离子轰击，通入氩气，对工件基体9表面进行轰击清洗；
[0071]5、脉冲磁控溅射，启动高功率脉冲磁控制溅射HIP頂S7的WC阴极祀，设置偏压为-800伏特，溅射时间为3分钟；
[0072]6、脉冲磁控溅射制备WC中间层，通过HIP頂S7的WC阴极靶，对工件基体9表面涂层制备WC中间层；
[0073]7、UBM6与HIP頂S7磁控溅射，制备WC中间层，偏压-175伏特，时间8分钟；
[0074]8、非平衡磁控溅射，制备C-DLC涂层，设置偏压为-75伏特，控制电流密度为1W/cm2 ;控制乙炔气体流量为eOsccm ;按涂层厚度的要求，进行相应的涂层时间的控制；
[0075]9、最后，设置偏压为-75伏特，电流密度为lOW/cm2 ;控制乙炔流量为15sCCm ;制得软质DLC涂层，使碳涂层DLC的表面性能达到摩擦系数〈0.1。
[0076]本发明使碳基类金刚石涂层具备如下特性:碳基薄膜涂层的维氏硬度40_80GPa，摩擦系数〈0.1，氢含量7-11% ,D/G>0.6 ο
[0077]所述非平衡磁控阴极6，其主体是由适合的铜材机加工而成，冷水通道被放置在线性磁阵列的内与外之间；外围与阴极同心的一个电磁线圈的配置是用来产生与外磁阵列磁极平行的磁场，对于由永磁体的典型配置建立的磁场在借助于线圈电磁场而形成闭合回路的效果会被加强；另外UBM6的一个的重要特征是所形成的磁场阵列可以进行前后往复运动，这一特征也同时弥补由于典型的磁控靶表面的侵蚀引起的磁场强度增加的缺陷；用来生长超硬DLC的靶材是由高纯度的石墨并卡装在所述UBM阴极体上实现的，磁控溅射过程是由直流电源lOW/cm2产生溅射，电压范围在-500伏特时发起，溅射电源采用恒流控制，这样，通过移动相应磁场阵列使溅射电压可以保持恒定，工件基体9施加负偏压范围在-50伏特到-200伏特主要取决于被镀基体允许的温度数据。
[0078]所述中心阳极10效果，当把中心阳极10的电压增加越大，那么流向中心阳极10电流与工件基体9的电流也相应增大；在阳极电压-50伏特时的特殊溅射配置中，电流流向阴极总数也可以达到要求，这意味着，几乎没有电流流向的真空腔室壁；当继续增加阳极电压时将进一步的增加二次电子的形成和工件基体9电流被提高到更高的值，甚至增强离子轰击工件基体到几兆Acm 2。
[0079]所述真空腔体2设置了 5个阴极靶，其中一个HIP頂S7靶和四个UBM6靶，真空腔室2加热后，真空系统才起动，其目的是为了减少脱气量；所述5个确定位置的磁控阴极前的可移动隔栅使用氩离子对石墨靶进行几分钟的清洗，即对靶材本身进行清洗，使之免于受大气的污染；这一步骤执行后，紧跟的是氩离子溅射蚀刻，大约需要8分钟；高功率脉冲磁控溅射靶的预处理是用配备WC