我国类金刚石薄膜主要制备技术及研究现状

• 5.医疗设备和器具：手术刀片，手术剪， 心脏瓣膜，人工关节，血管支架。 • 6.内燃机工业：燃料喷射系统（气门挺杆， 柱塞，喷油嘴），动力传动系统（齿轮 轴 承 凸轮轴），活塞部件（活塞环，活塞 销），门扣锁，内饰。 • 7.娱乐健身：扬声器振膜，移动硬盘，光 盘，高尔夫球具，自行车部件，剃须刀片。 • 8.光学：红外增透膜，减反射膜，玻璃镀 膜，镜片镀膜，亚克力镀膜，保护膜。 • 9.装饰镀膜：手机外壳，高档手表，室内 外五金卫浴产品，饰品。 • 10.航空航天 ：飞机，导弹整流罩镀膜， 卫星，太阳能电池镀膜。
激光法制备DLC膜的发展趋势
• DLC膜的沉积方法可分为物理沉积法和 化学沉积法两大类。化学沉积法已十分成 熟，但由于化学法沉积的DLC膜必然含氢， 导致膜层化学稳定性、热稳定性、硬度、 附着力较差。此外，化学法均需要在高温 下(>400oC)沉积，对于不耐高温的材料(如 玻璃、硫化锌等)无法在上面镀DLC膜；对 于耐高温的材料，虽然化学法可以镀膜， 但由于DLC膜热膨胀系数很小，和衬底热膨 胀系数差异大，沉积完成后，膜内部会产 生较大的热应力，甚至导致薄膜起皮、剥 落。因此，世界各国近年来都在积极开展 可以制备无氢DLC膜的物理沉积法研究。
我国类金刚石薄膜主要制备技 术及研究现状
汇报人：王培东 指导老师：胡鹏飞
主要内容
一、类金刚石薄膜介绍 二、类金刚石薄膜制备技术 三、类金刚石薄膜应用 四、类金刚石薄膜应用展望
一、类金刚石薄膜介绍
• 类金刚石薄膜(DiamondLike Carbon)是金刚石 的sp3杂化和石墨sp2杂 化两种结合键作为骨架 构成的非晶态碳膜，简 单地讲，由纳米级的金 刚石和碳混合形成，金 刚石占20%-80%。由sp3 结合的金刚石和sp2结合 的石墨与H(氢)组成的三 元相图右图：
• 类金刚石薄膜在其他方面应用展望
• 类金刚石薄膜在硅太阳能电池中的应用，主要
研究它作为硅阳能电池的减反射膜和保护膜， 以增加硅太阳能电池的光伏转换效率。 • 另外类金刚石薄膜在心脏外科应用上也日渐 得到重视。因此，材料的生物相容性已经成为 开发新一代生物学人工装臵的关键技术之一， 越来越引起人们的重视。
谢谢大家！
四、类金刚石薄膜应用展望
• 类金刚石薄膜在牙科方研究展望
• 牙科车针是口腔科最常用、使用量最 大的小器械，但普遍存在耐磨性低、寿命 短的缺点。类金刚石膜(diamond—like carbon，简称DLC)，亦称金刚石状碳素薄 膜，是一种非结晶的碳氢膜材料， 具有良 好的生物相容性、优异的耐磨性、极低的 摩擦系数、高硬度及化学稳定性等优点， 是一种具有广阔应用前景的薄膜材料。目 前DLC膜工艺发展迅速，已逐渐从实验室研 究向大规模应用阶段转变。
类金刚石薄膜主要采用低压化学气相沉积 （CVD）技术制备。低压CVD技术包括热丝CVD法、 等离子体CVD法、离子束蒸镀法、光/激光CVD法附 加活性氢激光CVD法等。目前，CVD法制作金刚石 薄膜已取得丰硕成果，但作为红外光学薄膜应用 还需进一步解决金刚石薄膜对红外光学材料的粘 着性和光散射的问题。
• 等离子体CVD法 • 该法沉积合成金刚石薄膜的条件与热丝CVD 法的情况类似。 • 离子束蒸镀法 • 离子束蒸镀法类金刚石膜蒸镀设备原理：1 －电源 2－等离子 3－离子加速电极 4－ 聚焦偏转系统 5－离子减速栅极6－基片 7 －高真空室 8－扩散泵 9－电子枪 10－被 涂材料。 • 光、激光CVD法 • 利用光、激光CVD法制成的金刚石薄膜通过 扫描电子显微图像和电子衍射评价，薄膜 的结晶性已得到了确认。
• 热丝CVD法
• 合成装臵 1－加热炉 2－玻璃罩 3－钨灯丝 4－ 基片 5－硅槽 6－热电偶 7－氧化铝棒（管） 8 －馈气口 9－接电源 10－接真空量规处 11－接 真空泵处
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利用热丝CVD法，采用氢稀释过的甲烷、 乙醇等含氧的有机化合物作原料，进行了 沉积金刚石薄膜的实验。结果用氢稀释过 的甲烷作原料，金刚石薄膜的沉积速度为 数μm/h（微米/小时）；而采用乙醇等含 氧的有机化合物作原料，金刚石薄膜的沉 积速度提高到了数十μm/h。
• 脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposition，PLD) 属于一种物理沉积法， 它是采用激光聚焦烧蚀真空室内的石墨或 其他含碳靶材，产生碳等离子体，等离子 体定向膨胀发射，在衬底上形成DLC膜。它 可以在室温下进行，从而能将DLC膜沉积在 玻璃等易熔材料上，极大地扩展了DLC膜的 应用领域 。对于耐高温的衬底，脉冲激光 沉积法相对于化学法具有热应力小的优点。 同时，它还具有不引入杂质、便于制备复 合成分薄膜、可控性好、沉积速度快等优 点，因此日益得到重视和发展。
• DLC具有一系列类似于金刚石的性质，
如硬度高、热导率高、摩擦系数小、
耐腐蚀、宽光谱透过率高、抗激光损
伤阈值高、耐辐射等。 • DLC的主要缺点是： • (1)内应力很大，因此厚度受到限制， 一般只能达到1um～21um以下；
• (2)热稳定性较差。
二、类金刚石薄膜制备技术
• 化学气相沉积法
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三、类金刚石薄膜应用
• 1.精密模具：注塑成型模具，冲压模具， 光学级模具，光盘模具，玻璃成型模具， 铝镁合金加工模具，粉末冶金模具，空调 器翻边模具，半导体封装模具，吹塑成型 模具，铍铜材料模具及产品。 • 2.精密机械：精密轴承，纺织设备及零部 件，压缩机螺杆，滑片，泵密封圈，叶片， 缝制设备及零部件，弹簧片，精密传动机 构。 • 3.切削刀具：加工有色金属的道具，加工 PCB材料的道具。 4.工量具：卡尺，卡规，塞规，治具。