发明内容

本发明旨在提供一种利用双辉渗金属技术在覆有模板的Cu基体表面制备亲碳金属过渡层（如W、Ta、Mo等）骨架，再对该处理基体进行高密度Ar⁺ 轰击刻蚀处理，用于改善Cu基体与碳基薄膜结合力。该方法基于亲碳金属通过双辉渗金属技术可以在覆有模板的Cu基体表面形成与基体冶金结合的金属骨架，再利用高密度Ar⁺轰击刻蚀处理可以增加表面微缺陷，提高碳原子的成核密度，同时由于亲碳金属与碳原子所需结合性能较低，通过控制溅射（或等离子体化学气相沉积）的电流、温度和时间等参数，在图形化的基体表面沉积碳基薄膜，进而提高碳基薄膜与Cu基体的结合力。该方法具有基体材料与渗层材料可选择范围广、制备过程简单、可控性好、绿色环保等优点。

所述的制备方法可通过如下技术方案实现：

A. 利用双辉渗金属技术在覆有模板的Cu基体表面制备亲碳金属过渡层（如W、Ta、Mo等）骨架：将光滑、洁净的Cu基底置于渗金属炉的真空腔室内基台架上，然后抽真空至10Pa以下，通入氩气作为离化气体，对磁性基台加偏压，由于基台处磁场对等离子体的束缚作用，Ar等离子体对基台的轰击作用增强，轰击产生的高能粒子直接沉积到基底表面；

B. 利用双辉渗金属技术对覆有亲碳金属过渡层骨架的Cu基体表面进行高密度Ar⁺轰击刻蚀处理：A步骤结束后，将模板去除，关闭双辉渗金属炉，抽真空至5Pa以下，通入Ar作为离化气体，打开工件极电源，设定工件极电压高于源极电压100-300V，对覆有亲碳金属过渡层骨架的Cu基体表面进行高密度Ar⁺轰击刻蚀处理。

C. 利用沉积技术制备碳基薄膜：所述沉积技术包括溅射镀膜或等离子化学气相沉积的任意一种；

①溅射镀膜的操作过程为：在真空腔室中通入溅射气体，使用溅射功率为100-800W的电源溅射含碳靶材，Ar在高压作用下被击穿，成为等离子体轰击靶材，靶材溅射出来的粒子沉积到基底上，通过调节溅射含碳靶材功率和溅射时间，在基底上沉积不同厚度的碳基薄膜；

②等离子化学气相沉积的操作过程为：在沉积过程中通入含碳气体，这些气体在高压下击穿成为含有碳原子基团的等离子体，碳粒子沉积到基底表面，通过调节含碳气体流量和时间，在基底上沉积不同厚度的碳基薄膜；

步骤A中，亲碳金属可以选择W、Ta、Mo等中的任意一种。

在步骤A中，模板包括不锈钢、泡沫铜、多孔钨中的任意一种，模板厚度为0.5-3mm，通孔可为多种形状，孔隙率为50%-90%。

本发明原理及有益效果：

目前，主要通过磁控溅射技术制备过渡层来提高碳基薄膜与Cu基体之间的结合力，但仍存在内应力高、结合力差的问题。本发明选用双辉离子渗金属技术，利用该技术受基体与所渗金属原始互溶度影响较小，可通过Ar⁺轰击提高表面的空位等缺陷，促进元素扩散，在基体表面形成与之冶金牢固的含有欲渗金属元素的表面合金层这一优势，制备Cu基体高强度结合的亲碳金属过渡层。本发明选用强碳金属作为过渡层材料，通过制备图形化过渡层，降低Cu和亲碳金属热膨胀系数不匹配造成的界面应力，在通过Ar轰击在亲碳金属过渡层表面及未覆盖亲碳金属过渡层的Cu基体表面形成大量的空位及位错缺陷，使得在随后的溅射镀膜或者等离子化学气相沉积制备碳基薄膜过程中，界面元素扩散作用增强，增加碳基薄膜与Cu基体的结合强度。另外，同时由于亲碳金属与碳原子所需结合性能较低，空位等缺陷使结合能进一步降低，可结合通过控制溅射（或等离子体化学气相沉积）的电流、温度和时间等参数，在过渡层和碳基薄膜界面形成碳化物，即牢固的化学键合，进一步提高碳基薄膜与Cu基体的结合力。

本发明采用的沉积装置使用方便，操作简单，原料获取方便，效果高。而且通过控制模板图案及沉积时间可控制膜基结合强度，可控性好。所得的金属过渡层质量高，均匀性好，在太阳能电池、生物医学以及复合材料等领域具有广泛的应用前景。