專利名稱：制備類金剛石復(fù)合振膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制備沉積有類金剛石膜層的復(fù)合聲學(xué)振膜的方法。
振膜是傳聲器、揚聲器及耳機等聲學(xué)器件的關(guān)鍵組成部分聲再現(xiàn)器件如揚聲器和耳機，要求振膜作活塞振動，以真實完全地把電信號轉(zhuǎn)變成聲信號只有振膜材料具有高剛性和低密度，即較高的傳聲速度時，才能減少振膜的分割振動，使器件的頻響曲線光滑，減少失真度，改進(jìn)器件的頻率響應(yīng)性能。
從振膜材料的物理化學(xué)性質(zhì)可以看出類金剛石具有極高的彈性模量及較低的密度，其聲速高達(dá)18.2km/s。同時它還具有適宜的聲阻尼特性，是極好的高頻聲振膜材料。將類金剛石薄層沉積在鋁、鈦、鈹?shù)冉饘倩蝈冇袑?dǎo)電層的其它材料振膜的表面上，構(gòu)成類金剛石復(fù)合高頻振膜，具有極好的高頻響應(yīng)性能。采用這種復(fù)合高頻振膜構(gòu)成的聲再現(xiàn)系統(tǒng)如揚聲器及耳機將大大改善音響設(shè)備的放音音質(zhì)，提高設(shè)備的整體性能。
目前，在金屬基體表面上沉積類金剛石的技術(shù)主要有以下幾種射頻輝光放電法、濺射沉積法、激光誘導(dǎo)法以及離子束沉積法。其中以L.holland和S.M.Ojha提出的射頻輝光放電法(ThinSolidFilns，38(1976)L17-L19)較為成熟，應(yīng)用較為廣泛。該技術(shù)采用頻率為13.56MHz的射頻電源，利用附著在電容偶合電極表面的被沉積基體上感生直流電勢進(jìn)行沉積。但是，該法仍然存在著許多不足之處，首先被沉積基體的引入，可能改變設(shè)備固有的電匹配關(guān)系，影響射頻電場及直流電場的分布，造成沉積膜的不均一性。
電容偶合式射頻電極的結(jié)構(gòu)，決定了該法在一次沉積過程中，僅能在被沉積基體的一個表面上沉積出類金鋼石膜。膜層與被沉積基體間的應(yīng)力難以徹底消除，引起復(fù)合膜的應(yīng)力變形，造成不利影響。
本發(fā)明的目的在于提出一種利用環(huán)形夾具，并以直流輝光放電技術(shù)在導(dǎo)電材料表面上沉積類金剛石膜的方法，從而可以在被沉積基體的兩個表面上同時沉積類金剛石膜。
本發(fā)明的技術(shù)原理在于在低真空條件下使含碳?xì)怏w在直流輝光放電區(qū)中分解產(chǎn)生正、負(fù)離子。其中正碳離子在直流電場作用下，向處于負(fù)直流電勢的被沉積基體移動，并在被沉積基體表面上沉積，形成具有類金鋼石層的復(fù)合振膜。
本發(fā)明所采用的環(huán)形夾具，它可以采用環(huán)形形狀，也可以采用其他形狀。因此，對平板形、球冠形及其它復(fù)雜形狀的基體具有相同的沉積效果。環(huán)形夾具結(jié)構(gòu)可以完成單面沉積或雙面同時沉積。
雙面同時沉積，可以提高沉積效率，縮短沉積時間，降低產(chǎn)品成本，平衡膜層應(yīng)力，避免復(fù)合膜的應(yīng)力變形。而且由于類金剛石膜對基體產(chǎn)生雙面壓應(yīng)力，所以雙面沉積還可以提高復(fù)合膜的整體剛性。
實現(xiàn)本發(fā)明所采用的技術(shù)方案，是在一個由真空鐘罩(1)與底盤(2)合成的真空室中，將被沉積基體(3)安裝在環(huán)形夾具(4)中構(gòu)成放電電極。環(huán)形夾具(4)的作用是保持薄膜狀被沉積基體的形狀及在真空室中的位置，并易于與高壓直流電源(5)相連接，如果被沉積基體能夠保持自己的形狀，可以不用環(huán)形夾具(4)直接以被沉積基體(3)作為放電電極。
直流高壓電源(5)的負(fù)極通過與真空室絕緣的導(dǎo)體(6)和放電電極相連，直流高壓電源(5)的正極通過導(dǎo)體(7)與輔助電極(8)相連并接地。真空室通過安裝在底盤(2)上的排氣孔(9)抽真空，工作氣體通過進(jìn)氣孔(10)引入，真空室的壓強由真空規(guī)(11)測量。
被沉積基體(3)的形狀可以是平板形，球冠形或其它復(fù)雜形狀，材質(zhì)可以是鋁、鋁合金、鈦、鈹?shù)葘?dǎo)電材料或表面鍍有導(dǎo)電層的非金屬材料。被沉積基體(3)在沉積前需對表面進(jìn)行清洗，以除去表面的油脂、灰塵等污染物。待其干燥后固定在環(huán)形夾具(4)上。
若進(jìn)行雙面同時沉積，只需裝一個被沉積基體;若進(jìn)行單面沉積，可用絕緣擋板遮擋被沉積基體(3)的一個表面、或者同時裝入兩個相對的被沉積基體(3)。
裝好被沉積基體的放電電極安置在真空室內(nèi)的輔助電極之間。對真空室抽真空到0.1Pa。通過氣體導(dǎo)入管(10)引入工作氣體。工作氣體可以是甲烷、乙烷、丁烷、乙炔、乙醚、乙醇、苯、甲苯等含碳?xì)怏w或可低壓氣化的含碳液體，也可以是上述氣體與氬、氫等非含碳?xì)怏w的混合氣體。
首先使真空室壓強在3-10Pa范圍內(nèi)恒定。接通直流高壓電源(5)使電極組件(3)(4)處于負(fù)電勢，即被沉積基體或環(huán)形夾具(4)和被沉積基體(3)構(gòu)成負(fù)放電電極。并對被沉積基體(3)進(jìn)行離子轟擊清洗。隨被沉積基體(3)材質(zhì)的不同，清洗電壓在2000-3000V間，清洗時間在5-10分鐘。
清洗完畢后，關(guān)閉直流高壓電源(5)?？刂普婵帐覂?nèi)壓強在10-50Pa間恒定，接通高壓直流電源(5)。根據(jù)不同的被沉積基體(3)的材質(zhì)及工作氣體，沉積電壓在負(fù)的800-1600V間開始沉積。在沉積期間，保持沉積電壓及真空室氣壓恒定。沉積速度隨不同沉積條件為0.2-1.5微米/小時。類金剛石膜的厚度可利用沉積時間進(jìn)行控制。
根據(jù)不同類型的聲學(xué)器件要求，復(fù)合振膜上沉積夾金剛石膜的范圍為10-120毫米直徑，復(fù)合振膜上類金剛石膜的厚度范圍為0.5-20微米。
本發(fā)明可以平衡應(yīng)力，提高復(fù)合膜的整體剛性，消除應(yīng)力變形，提高沉積效率，改善了聲器件的頻響曲線。


圖1是本發(fā)明的制膜設(shè)備示意圖。圖中(1)是真空鐘罩，(2)是底盤，(3)是被沉積基體，(4)是環(huán)形夾具，(5)是高壓直流電源，(6)是導(dǎo)體，(7)是導(dǎo)體，(8)是輔助電極，(9)是排氣孔，(10)是進(jìn)氣孔，(11)是真空測量規(guī)。
圖2是由本發(fā)明制作的類金剛石-鋁合金復(fù)合振膜的高頻揚聲器的頻響對比曲線，其中A為未沉積類金剛石膜的鋁合金振膜和B為沉積類金剛石膜后的復(fù)合振膜的頻響曲線。
本發(fā)明的一個具體實施例在于將一個厚度為40微米，球冠部分直徑為44毫米，高度為10毫米的球冠形被沉積鋁合金振膜，用螺釘固定在兩個外徑為86毫米，內(nèi)徑為70毫米，厚度為6毫米的環(huán)形夾具(4)中間，構(gòu)成放電電極。放電電極與直流高壓電源負(fù)極相連并位于兩個與直流高壓電源正極相連并接地的輔助電極之間，電極間距為100毫米。
抽預(yù)真空到0.1Pa后，引入工作氣體甲烷，在電壓-2000V，氣壓6Pa下，進(jìn)行離子轟擊清洗10分鐘。
進(jìn)行雙面同時沉積，沉積電壓是-1200V，沉積氣壓是20Pa，在此條件下的沉積速度為1微米/小時，沉積時間是3小時。
將在上述條件下制備出的類金剛石-鋁合金復(fù)合振膜裝入高頻揚聲器。該揚聲器振膜沉積類金鋼石膜前后的頻響曲線對比，沉積后的類金剛石膜，其性能有了顯著的改善。同時表明沉積上類金剛石膜后，減弱了原鋁合金振膜的分割振動，使5-20KH2間的頻響曲線拉平，輸出提高了2-3dB，使器件的高頻響應(yīng)性能得到改善。
權(quán)利要求
1.在導(dǎo)電基體表面上沉積類金剛石層的方法，其特征在于它采取以下步驟a.將被沉積的基體安裝在環(huán)形夾具(4)中；b.把裝有被沉積基體的夾具安置在真空室內(nèi)的輔助電極(8)之間；c.對真空室抽真空到0.1Pa；d.通過氣體導(dǎo)入管(10)引入工作氣體；e.控制真空室壓強在3-10Pa范圍內(nèi)恒定；f.接通直流高壓電源(5)，使電極組件(3)、(4)處于負(fù)電勢，作為負(fù)放電電極；g.在2000-3000V電壓范圍內(nèi)，對被沉積基體轟擊清洗5-10分鐘；h.關(guān)閉直流高壓電源(5)，并控制真空室內(nèi)壓強在10-50Pa間恒定；i.接通直流高壓電源(5)，并控制電壓在800-1600V開始沉積，當(dāng)沉積的厚度達(dá)到預(yù)定值時，關(guān)閉電源(5)。
2.按照權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于所說的工作氣體是指甲烷、乙烷、丁烷、乙炔、乙醚、乙醇、丙酮苯、甲苯等含碳?xì)怏w或可低壓氣化含碳液體，也可以是上述物質(zhì)與氫、氬等非含碳?xì)怏w的混合氣體作為工作氣體。
3.按照權(quán)利要求1所說的方法，其特征在于所說的負(fù)電勢是指由被沉積基體(3)或環(huán)形夾具(4)和被沉積基體(3)構(gòu)成負(fù)放電電極，使用被沉積基體或環(huán)形夾具及被沉積基體構(gòu)成的負(fù)放電電極。
4.按照權(quán)利要求1，2和3所說的方法，其特征在于所說的被沉積基體，其形狀可以是平板形，球冠形或其它復(fù)雜形狀，其材質(zhì)可以是鋁、鋁合金、鈦、鈹?shù)冉饘俨牧匣虮砻驽冇袑?dǎo)電層的非金屬材料。
5.按照權(quán)利要求1，2，3和4所說的方法，其特征在于所說的基體可進(jìn)行單面沉積或雙面同時沉積形成復(fù)合振膜;
6.按照權(quán)利要求5所說的方法，其特征在于所說的振膜(類金剛石膜)，其厚度范圍可以是0.5-20微米范圍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備沉積有類金剛石膜層的復(fù)合聲學(xué)振膜的方法。其特征在于將被沉積金屬基體置于環(huán)形夾具中，并在真空室中作為負(fù)放電電極。運用含碳?xì)怏w的直流輝光放電法進(jìn)行類金剛石膜的沉積，它可在平板形，球冠形或其它復(fù)雜形狀的多種基體材料表面進(jìn)行單面或兩面同時沉積出類金剛石膜形成復(fù)合振膜。因此，它可以平衡應(yīng)力，提高復(fù)合膜的整體剛性，消除應(yīng)力變形，提高沉積效率，改善了聲器件的頻響曲線。
文檔編號H04R31/00GK1093213SQ9310392
公開日1994年10月5日 申請日期1993年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月1日
發(fā)明者張保軍, 孫濱如 申請人:中國建筑材料科學(xué)研究院