类金刚石薄膜的性能与应用
类金刚石薄膜 资料介绍
类金刚石膜技术基础一、类金刚石薄膜发展史：金刚石、类金刚石薄膜技术，是指利用各种光学薄膜制作技术制作接近天然金刚石和人造单晶金刚石特性（如在较宽光谱内均具有很高的光透过率－－在2～15μm（微米）范围光的吸收率低到1％；具有很高的硬度、良好的导热性、耐腐蚀性以及化学稳定性高－－1000℃（摄氏度）以上仍保持其化学稳定性等）的人造多晶金刚石薄膜、类金刚石薄膜（又称为硬碳膜、离子碳膜、或透明碳膜）的一种技术。
光学应用金刚石、类金刚石薄膜主要采用低压化学汽相沉积（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。
CVD法制作的金刚石薄膜与硅基片的粘着性是不错的，但是与其他材料（如锗、硫化锌等）基片的粘着性就甚差，或是根本就粘着不到一起去。
对于光散射的问题，则是要求如何更好地控制金刚石薄膜表面形态和晶粒结构。
理想的CVD法制造的红外光学应用的金刚石薄膜或许是一种单晶结构的膜，但是，目前使用CVD法还不能制造单晶结构的金刚石薄膜。
此外，大面积薄膜的制作、膜的光洁度等技术课题以及金刚石薄膜的制作成本问题，都有待于继续研究解决。
1.1金刚石、类金刚石薄膜研究进程自1963年在一次偶然的机会出现了不寻常的硬度和化学性能好的化学汽相沉积（CVD）碳形式的薄膜后,国外有不少研究单位开始研究金刚石薄膜的沉积工艺.1971年,艾森伯格（Aisenberg）和沙博（Chabot）等人,利用离子束蒸镀法,以石墨作薄膜材料,通过氩气弧光放电使石墨分解电离产生碳离子。
碳离子经磁场聚焦成束,在比较高的真空条件下,在低压沉积室内的室温下的基片上沉积出了硬碳膜。
这种硬碳膜具有近似于金刚石的一些特性－如透明度高、电阻抗大、硬度高等。
金刚石薄膜的特性及应用
7.声传播速度快, 是优良的传声材料。日 本的索尼公司已成批出售用金刚石薄膜 制造的频率达40000Hz的高保真度扬声 器。
8. 化学性能稳定, 耐腐蚀性能好。利用 该特性, 可制做核反应堆的内壁和航天器 的涂层, 还可以用作太阳能电池的减反射 膜和耐腐蚀涂层。
9.有良好的生物学性能。成都科技大学 在钦合金基体上镀金刚石薄膜制做人工 心脏瓣膜, 经测定: (1)抗凝血能力优于钦合金基体； (2)表面张力为5.4×10-2N/m, 与低温各 向同性碳接近; (3)溶血率为 3.7%, 符合标堆要求（标准 <5%)。
五、目前需要解决的问题
１.提高膜的质量和成核密度 由于制膜条件控制不当, 膜的结构成分往 往会包括金刚石相, 石墨相和碳的聚合物相, 此外还有空洞, 人们把这种膜称之为类金刚 石膜（DLC膜）。DLC膜虽然类似金刚石 膜,但毕竟比金刚石膜差, 在DLC膜中, C的 四重配位 SP３和三重配位SP2的比例对膜 的结构和性质的影响很大。一般来说, 四重 配位越多, 膜的性质越接近于金刚石。
目录
• 一、引言 • 二、金刚石薄膜的性能及其应 用 • 三、金刚石薄膜的合成方法 • 四、金刚石薄膜的分析和表征 • 五、目前需要解决的问题
三、金刚石薄膜的合成方法
1.低压化学气相沉积法（CVD法） ２.物理气相沉积法（PVD法） ３.化学气相翰运法（ＣＶＴ法）
1.低压化学气相沉积法（CVD法）
该法生长金刚石薄膜所用的原料除氢气外, 碳源多用CH4及其它碳氢化合物, 如C2H2、 C2H6、C2H8等, 用甲醇、乙醇和三甲胺等有 机化合物为原料也能生长出金刚石型薄膜 ①热丝CVD法 ②等离子体增强化学气相沉积法（PCVD )
热丝CVD法
基本原理是含碳气相组分在高温下分解 离化后沉积在基体上形成金刚石膜。 热丝CVD装置如图所示, 主要由真空反 应室, 抽真空系统, 进气控制系统和 基板加热系统组成。真空反应室是 由石英管制做的, 反应室内有热灯丝, 样品支架和测温热电偶等, 样品支架 可以转动, 抽真空系统由机械泵和 真空计组成。碳源气体和氢气按一定比 例混合后进人反应室, 其流量用质量 流量计控制, 碳源气体浓度一般<= 5%(体积比)。 。
金刚石薄膜在电子设备中的应用
金刚石薄膜在电子设备中的应用随着电子科技的不断发展，电子设备一代比一代智能化，体积也越来越小，功能也越来越强大。
而金刚石薄膜的出现，则为电子设备的创新应用带来了无限的可能性。
金刚石薄膜具有硬度极高、耐磨损、耐腐蚀、导热性能好等优点，被广泛地应用在各种电子设备中。
1. 金刚石薄膜在显示和光电子学中的应用金刚石薄膜在显示和光电子学中的应用十分广泛，可以用于制作LED，FLD以及其他光学元件。
金刚石薄膜的导热特性和光学性质可以极大地提高电子元件的性能，从而使设备具有更高的可靠性和长寿命。
例如，在LED制造中，金刚石薄膜可以提高LED 灯的亮度、发光效率和寿命；在FLD制造中，金刚石薄膜还可以增强其稳定性和耐久性。
2. 金刚石薄膜在散热中的应用金刚石薄膜具有极高的导热性能，因此在高性能的电子设备中可以被用作散热材料。
利用金刚石薄膜的导热特性，可以将设备内的热量有效地散发出去，确保设备运转时的稳定性和可靠性。
同时，金刚石薄膜还可以抑制高温下电子设备的退化和损伤。
3. 金刚石薄膜在传感器中的应用传感器在现代电子设备中发挥着越来越重要的作用，而金刚石薄膜的硬度和抗腐蚀性能可以使得传感器具有更长的使用寿命和更好的性能表现。
同时，金刚石薄膜在传感器的制造中还可以起到光学和电学的作用，从而增强传感器的精度和灵敏度。
4. 金刚石薄膜在MEMS领域中的应用MEMS技术（微电子机械系统）可以将微型机械系统与电子技术相结合，产生大量的微小元件。
金刚石薄膜作为MEMS器件中的材料之一，可以提高其机械强度和耐磨损性能，使得器件更加稳定和可靠。
例如，金刚石薄膜可以用于惯性传感器制造中，提高其灵敏度和响应速度，同时在机械强度和耐磨损性方面也可以起到很好的作用。
总之，金刚石薄膜在电子设备制造中具有广泛的应用前景和很好的经济性以及環保性。
尽管目前金刚石薄膜的制造仍然存在成本高、技术瓶颈等问题，但随着技术不断的发展和完善，相信金刚石薄膜在未来一定能够得到更加广泛的应用，为电子设备的进一步发展和创新提供支持和保障。
金刚石薄膜技术及其应用
金刚石薄膜技术及其应用金刚石是一种硬度极高的天然矿物，于20世纪60年代起被学界广泛研究。
随着材料科学技术的不断进步，金刚石薄膜技术也逐渐成为研究的热点之一。
本文将从金刚石薄膜技术的原理、制备方法及其应用的方面进行阐述。
一、金刚石薄膜技术原理金刚石薄膜技术主要利用化学气相沉积（CVD）的方式在基材表面生长金刚石薄膜。
这种方法通常需要高温（在800℃以上）和高气压的气氛下进行，需要一些特殊的条件。
CVD是一种利用热分解气体在表面形成固体物质的工艺。
在CVD法生长金刚石薄膜的过程中，应先将气流中的气体分离出不含杂质、单质态的纯氢气，在高温下将氢气还原出单质氢原子，在这些氢原子的作用下，金刚石的碳原子就会在基材表面上生长。
二、金刚石薄膜技术制备方法金刚石薄膜的制备方法主要分为两大类：基于低压CVD技术和基于高压CVD技术。
基于低压CVD技术中，使用的气体通常是甲烷和氢气的混合物，在真空条件下进行反应。
将这些气体通过高温反应炉，使得甲烷分解成纯碳离子。
碳离子被氢气还原后，随后沉积在准备好的表面上，形成一层金刚石薄膜。
而基于高压CVD技术，则是在准备好的基板中，使用气压较高的气体进行反应。
这种方法通常能够得到更厚的金刚石薄膜。
三、金刚石薄膜技术的应用金刚石薄膜技术的应用场景非常广泛，以下将介绍一些典型的应用场景和案例：1. 电子技术领域金刚石薄膜是一个重要的电学材料，在电子技术领域有着广泛的应用价值。
例如，金刚石薄膜是一种优秀的绝缘材料，可以用于制造高性能半导体元件、纳米晶体管和高功率器件。
2. 机械工业领域由于金刚石薄膜极其硬度极高和耐磨性能强，在机械工业领域也有着广泛的应用价值。
例如，在高速切削和精细加工方面，金刚石薄膜的应用能够明显提高加工效率和加工精度。
另外，金刚石薄膜也可以用于制造高强度、高硬度的刀具和轴承零部件。
3. 生命科学领域除此之外，金刚石薄膜技术在生命科学领域也有另外一些应用场景。
例如，金刚石薄膜可以被用作人工眼视网膜和人工髋关节等器官的材料。
类金刚石薄膜的性能与应用
学科前沿知识讲座论文之袁州冬雪创作类金刚石薄膜的性能与应用摘要：类金刚石膜(Diamond-likeCarbon)简称DLC，是一类性质近似于金刚石如具有高硬度、高电阻率、耐腐蚀、杰出的光学性能等，同时其又具有自身独特磨擦学特性的非晶碳膜.作为功能薄膜和呵护薄膜，其广泛应用于机械、电子、光学、医学、航天等范畴中.类金刚石膜制备方法比较简单，易实现工业化，具有广泛的应用前景.关键词：超硬资料类金刚石薄膜制备气象沉积概况工程技术引言磨损是工程界资料功能失效的主要形式之一，由此造成的资源、动力的华侈和经济损失可用“宏大”来暗示.然而，磨损是发生于机械设备零部件概况的资料流失过程，虽然不成防止，但若采纳得力措施，可以提高机件的耐磨性.资料概况工程主要是操纵各种概况改性技术，赋予基体资料自己所不具有的特殊的力学、物理或化学性能，如高硬度、低磨擦系数、杰出的化学及高温稳定性、抱负的综合机械性能及优异的磨擦学性能，从而使零部件概况体系在技术指标、靠得住性、寿命和经济性等方面获得最佳效果.硬质薄膜涂层因能减少工件的磨擦和磨损，有效提高概况硬度、韧性、耐磨性和高温稳定性，大幅度提高涂层产品的使用寿命，而广泛应用于机械制造、汽车工业、纺织工业、地质钻探、模具工业、航空航天等范畴.一、超硬薄膜资料随着资料迷信和现代涂层技术的发展，应用超硬资料涂层技术改善零部件概况的机械性能和磨擦学性能是21世纪概况工程范畴重要的研究方向之一.超硬薄膜是指维氏硬度在40GPa以上的硬质薄膜.到今朝为止，主要有以下几种超硬薄膜:1 金刚石薄膜金刚石薄膜的硬度为50~100GPa(与晶体取向有关)，从20世纪80年月初开端，一直受到世界各国的广泛重视，并曾于20世纪80年月中叶至90年月末形成了一个全球范围的研究热潮.金刚石膜所具有的最高硬度、最高热导率、极低磨擦系数、很高的机械强度和杰出化学稳定性的优异性能组合使其成为最抱负的工具和工具涂层资料.金刚石薄膜在磨擦学范畴应用的突出问题，就是在载荷条件下薄膜与基体之间的粘附强度以及薄膜自己的粗糙度问题，今朝，己经有针对性地展开了大量的研究工作.随着研究工作的不竭深入，金刚石薄膜将会为整个人类社会带来宏大的经济效益.2 立方氮化硼(c-BN)薄膜立方氮化硼(c-BN)薄膜的硬度为50~80GPa，它具有与金刚石相近似的晶体布局，其物感性能也与金刚石十分相似.与金刚石相比，c-BN的显著优点是具有杰出的热稳定性和化学稳定性，适用于作为超硬刀具涂层，特别是用于加工铁基合金的刀具涂层.3 碳氮膜碳氮膜是新近开辟的超硬薄膜资料，实际预测它具有达到和超出金刚石的硬度.已有的研究标明CNx薄膜的硬度可高达72GPa，可与DLc 相比较.同时CNx薄膜具有十分独特的磨擦磨损特性.在空气中，CNx薄膜的磨擦系数为0.2-0.4，但在N2、C02和真空中的磨擦系数为0.01~0.1.在N2气氛中的磨擦系数最小(0.01)，在大气环境中向实验区域吹氮气，也可将其磨擦系数降至0.017.因此，CNx薄膜有望在磨擦磨损范畴获得实际应用.4 类金刚石薄膜类金刚石膜(DLC)是一大类在性质上和金刚石近似，具有sp2和sp3杂化的碳原子空间网络布局的非晶碳膜.与组分相关的硬度可从20GPa变更至80GPa.类金刚石碳膜作为新型的硬质薄膜资料具有一系列优异的性能，如高硬度、高耐磨性、高热导率、高电阻率、杰出的光学透明性、化学惰性等，可广泛用于机械、电子、光学、热学、声学、医学等范畴，具有杰出的应用前景.DLC的主要缺点是：(a)内应力很大，因此薄膜厚度受到限制，一般只能达到1um~2um以下；(b)热稳定性较差，含氢的a:C-H薄膜中的氢在400℃左右就会逐渐逸出，sp2键增加，sp3键降低，在大约500℃以上就会转变成石墨.5 纳米复合多层膜纳米多层膜是一种人为可控的一维周期布局，这种布局可以有效地调整薄膜中的位错和缺陷及其运动，从而获得高硬度、高模量等性能，近期有关多层膜的研究报导较多，其中以金属/氮化物(碳化物，硼化物等)多层膜和氮化物/氮化物多层膜的研究占多数.最近，纳米晶粒复合的TIN/SINx薄膜资料的硬度达到了创记录的105GPa，可以说完全达到了金刚石的硬度.以纳米厚度薄膜交替沉积获得的纳米复合多层膜的硬度与每层薄膜的厚度(调制周期)有关，有能够高于每种组分的硬度.纳米复合多层膜不但硬度很高，而且涂层的韧性和抗裂纹扩大才能得到了显著改善，磨擦系数也较小，因此是抱负的工模具涂层资料.它的出现向金刚石作为最硬资料的地位提出了严峻的挑战，同时在经济性上也有十分分明的优势，因此具有非常好的市场前景.但是，由于一些技术问题还没有得到处理，今朝暂时还未在工业上得到广泛应用.二、类金刚石薄膜简介类金刚石(Diamond-like Carbon，简称DLC)资料是碳的非晶亚稳态布局存在形式之一，是人工合成的含有sp3和sp2键碳混杂的非晶亚稳态布局.迄今为止，人们发现的由纯碳组成的晶体有3种：金刚石、石墨和最近被发现并引起广泛关注的具有笼状布局的布基球和布基碳管.布局分歧造成三者的性质表示出较大的差别.石墨中的碳原子通过sp2杂化形成3个共价σ键，并与其他碳原子毗连成六元环形的蜂窝平面层状布局.在层中碳原子的配位数为3，别的每个碳原子还有一个垂直于层平面的p轨道电子，它们互相平行，形成离域π电子而贯穿于全层中，层中每两个相邻碳原子间的键长0.142nm，层与层之间由分子力连系，间距0.34nm，远大于C-C键长，所以石墨有杰出的导电、导热和润滑特性；金刚石中每个碳原子停止sp3杂化形成4个σ键，构成正四面体，是典型的原子晶体，有硬度大、熔点高的特点，并具有优良的光学、声学、热学和电学特性.而含有sp3和sp2键碳混杂的非晶DLC，具有石墨和金刚石所共有的性能：硬度大、熔点高、杰出的导热、润滑特性，同时具有优良的光学、声学、热学和电学特性.紫外-可见光拉曼光谱(UVRS)测试标明DLC 薄膜确实具有石墨和金刚石混合布局.天然和人造金刚石晶体的Raman光谱峰位为1332cm-1的单峰，石墨晶体的Raman光谱峰位为1575cm-1，多晶石墨除1575cm-1峰外还有一个峰位于1355cm-1.1355cm-1峰的强度决议于样品中无机碳的含量及石墨晶粒的大小.而DLC薄膜不但则有一个在1560cm-1很强而且半高宽度很小的峰位，还有一个在1350cm-1~0.152nm，而石墨和金刚石的碳-碳原子的最近间隔分别为0.142和0.154nm.由于DLC薄膜制备方法(如PVD、CVD、PCVD 等)和采取碳原子的载体(如各种碳烷气、石墨等)分歧，所生成薄膜的碳原子键合方式(C-H，C-C)与碳原子之间的键合方式(有sp2和sp3)及各种键合方式的比例也分歧.因此DLC薄膜可分为非晶碳膜和含氢非晶碳膜.而非晶碳膜的成分、布局、性能也相差较大，但共同点是空间布局上长程无序而短程有序、由大量sp3和少量sp2碳原子键合的一种网状碳布局.研究标明，DLC薄膜的性质与持续的、无规则的sp3骨架的摆列及sp3/sp2的比例等都有关，DLC膜的物理、化学、力学和电子学等性能由其布局决议.三、类金刚石薄膜的制备DLC薄膜的制备方法分为物理物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类.在此基础上，今朝己经发展出基于物理物理气相沉积和化学气相沉积以及二者连系的多种DLC薄膜制备方法.PVD方法主要有:离子束辅助沉积法，溅射沉积法，离子束沉积法，真空阴极电弧沉积法等.CVD方法主要有:直流辉光放电等离子体化学气相沉积法、射频辉光放电等离子体化学气相沉积法、电子回旋共振化学气相沉积法、脉冲激光沉积法等.与其他方法相比，磁过滤阴极真空弧沉积方法具有阴极资料离化率高、沉积离子能量可大范围调节、沉积温度低及沉积速率高等优点，被证明是制备高硬度涂层的非常优秀的方法之一，在近十年来得到广泛研究.先进的镀膜技术为沉积超硬薄膜提供了技术包管，完善的镀膜设备功能是包管超硬薄膜资料质量的基础.超硬薄膜资料是资料迷信与工程中蓬勃发展的范畴，只有在实际中得到应用才干增强它的生命力.四、类金刚石膜的应用类金刚石薄膜具有较高的硬度，化学惰性，低磨擦系数，优异的耐磨性，表面电阻高，在可见光区的透射率高.类金刚石膜作为呵护膜已经运用到许多范畴：光学窗口、磁盘和微机电系统（MEMS）等，详细的应用如下：1机械范畴的应用由于其具有高的硬度、低磨擦系数（尤其是在超高真空条件下）以及杰出的导热性，可使机械零件在没有冷却和润滑的情况下运转，而不至于导致过高的温度，因此作为耐磨涂层在磨擦学范畴具有宏大的应用前景.类金刚石膜作为耐磨硬质膜在太空中的应用研究也已经展开.由于其较低的磨擦系数，可较好地使用在高温，高真空等不适于液体润滑的情况以及有清洁要求的环境中.类金刚石作为轴承、齿轮、活塞等易损机件的抗磨损镀层尤其是作为刃具、量具概况的耐磨涂层是十分合适的.类金刚石薄膜用作刀具涂层，能提高刀具寿命和刀具边沿的硬度，减少刃磨时间，节俭成本.类金刚石薄膜用作量具概况涂层，不至于使其改变尺寸和划伤概况，减少标定时间.它还具有杰出的化学稳定性，防止酸碱及有机溶液侵蚀，适用于化工机械部和多种装饰件的镀层.2光学范畴的应用①红外窗口的抗磨损呵护层和反射层：类金刚石膜在整个红外波段范围具有杰出的透明特性.由于薄膜硬度高，耐磨性好，使其可以作为支撑红外窗口或作为ZnS、ZnSe等红外窗口的呵护涂层.朱昌等人发现对NaCl晶体镀类金刚石薄膜做呵护层，既不影响10.6um激光输出功率，又可以防止NaCl潮解，能延长红外窗口的使用寿命；②发光资料：类金刚石膜具有杰出的光学透过性以及室温生长的特点，因此类金刚石膜可以作为由塑料和聚碳酸脂等低熔点资料组成的光学透镜概况的抗磨损呵护层.类金刚石膜光学带隙范围宽，室温下光致发光和电致发光率都很高，能在整个可见光范围发光，这使得类金刚石膜成为性能极佳的发光资料之一；③存储资料：V.Yn Armeyer等人实验发现在硅玻璃基片上沉积厚度为100nm的类金钢石薄膜的光学存储信号密度可高达108bits/㎝2数量级，而且具有信噪比高，硬度高，化学稳定性强以及无需再加呵护层等优点，因此有希望成为一次性写入记录介质；④太阳能光-热转换层：在铝基片概况沉积分歧厚度的单层类金刚石膜、硅及锗涂层后，通过比较各自的性能发现单层类金刚石膜的光热转换效率最高.3医学范畴的应用作为一种种植资料，类金刚石膜具有广泛的应用前景.如：在聚乙烯的人工股骨关节头上镀一层类金刚石膜，其抗磨损性能可以与镀陶瓷和金属制品相比；镀有Ti/DLC多层膜的钛制人工心脏瓣膜，由于其具有疏水性和光滑概况，也取得了较好的效果；在用于骨科内固定机械的Ti-Ni形状记忆合金，镀一层类金刚石膜，使其具有杰出的抗氧化性以及杰出的生物学磨擦特性.在人造牙根上镀制一层类金刚石膜可以改善其生物相容性.4电子范畴的应用~3.8之间的DLC膜和介电常数小于2.3的FDLC膜.对于BEOL互联布局，低K值的DLC膜是很好的选择.采取碳膜和类金刚石膜交替出现的多层布局可构造具有共振隧道效应的多量子阱布局，具有独特的电特性，在微电子范畴有很大的发展前途.结论类金刚石膜（DLC).由于该膜在力学、热学、电学、化学、光学等方面具有优异的性能，且制备简单、成本低廉，较之于金刚石薄膜具有较高的性能价格比，且在相当广泛的范畴里可以代替金刚石薄膜，在机械、电子、化学、医学、军事、航空航天等范畴体现了其广阔的应用前景.参考文献[1] 吴大维. 硬质薄膜资料的最新发展及应用.真空. 2003[2] 吕反修. 超硬资料薄膜涂层研究停顿及应用. 热处理. 2004[3] 陈灵，刘正义，邱万奇等. 类金刚石膜的制备及其影响因素. 中国概况工程. 2002 [4] 程宇航等. 类金刚石膜布局的红外分析.硅酸盐学报，1998(4)，26[5]李振军，徐洮，李红轩[6] 刘成龙，杨大智等.医用不锈钢概况沉积类金刚石薄膜的电化学腐蚀性能研究. 硅酸盐学报. 2005(5)[7]杨玉卫，刘慧舟等.类金刚石膜的性能、制备及应用.[9] 黄立业，徐可为，吕坚. 类金刚石薄膜的概况纳米划擦性能评价. 无机资料学报.2001(5)[10]罗崇泰. 类金刚石薄膜的获得和应用. 真空与低温. 1987(1)[11]王淑占，李合琴，巫邵波，赵之明，宋泽润. 掺氮类金刚石薄膜的制备及其布局表征. 真空. 2008(1)[12]王培君，江美福，杜记龙，戴永丰. 射频反应磁控溅射法制备的氟化类金刚石薄膜磨擦特性研究. 物理学报. 2010(12) [13]常海波，徐洮，张治军，刘惠文. 衬底对沉积类金刚石薄膜布局和磨擦学性能的影响. 河南大学学报(自然迷信版). 2005(4) [14]刘成龙，杨大智，邓新绿，齐平易近. 类金刚石薄膜的概况性能研究. 无机资料学报. 2005(3)。
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：
DLC(类金刚石膜层介绍)
RF or DC power supply
Cathode
Permanent magnets
N
SS
+E
N
Ring Electrode
Negative Glow Plasma
Sputtered atoms
Work piece
Ar+ 离子轰击靶材表面。
Al 原子自靶材表面溅射并沉积到塑料基 体表面。
– 通过施加一定的偏压, 使得等离子中 的离子获得一定的能量, 层积于基体 表面,
PVD (磁控溅射)
CVD (PECVD)
FCVA
镀膜粒子 能量峰值 镀膜气压 镀膜温度
原子 ~0.1eV 5E-3 Torr ~200 ºC
原子团 ~0.2eV 1E-2 Tor >200 ºC
离子 20 to 5000eV 1E-6 Torr <80 ºC
以碳膜为例：
膜层密度 (g/cm3) 膜层硬度 (GPa) 氢含量 工作温度 (无 O2) 工作温度 (有 O2)
（2）纳峰的主要业务: 采用FCVA技术, 制备和沉积C材料, 以获得最优良的DLC (taC)薄膜.
2. DLC (Diamond Like Carbon(DLC) 类金刚石碳膜
DLC 结构
Diamond
Graphite
DLC
Diamond structure (sp3)
Graphite structure (sp2)
1. 表面处理技术介绍
常规 真空层积
化 学 气 相 层 积
物 理 气 相 层 积
FCVA (阴极过滤弧) 真空镀膜
膜层(表面原子排列)有序可控 原子排练致密,
膜层(表面原子排列)有序可控
金刚石薄膜的性质、制备及应用
金刚石薄膜的性质、制备及应用金刚石薄膜因其独特的物理、化学性质而备受。
作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将详细探讨金刚石薄膜的性质、制备方法以及在各个领域中的应用，旨在为相关领域的研究提供参考和借鉴。
金刚石薄膜具有许多优异的物理和化学性质。
金刚石是已知的世界上最硬的物质，其硬度远高于其他天然矿物。
金刚石的熔点高达3550℃，远高于其他碳材料。
金刚石还具有优良的光学和电学性能。
其透明度较高，可用于制造高效光电设备。
同时，金刚石具有优异的热导率和电绝缘性能，使其在高温和强电场环境下具有广泛的应用潜力。
制备金刚石薄膜的方法主要有物理法、化学法和电子束物理法等。
物理法包括热解吸和化学气相沉积等，可制备高纯度、高质量的金刚石薄膜。
化学法主要包括有机化学气相沉积和溶液法等，具有沉积速率快、设备简单等优点。
电子束物理法是一种较为新兴的方法，具有较高的沉积速率和良好的薄膜质量。
各种方法的优劣和适用范围因具体应用场景而异，需根据实际需求进行选择。
光电领域：金刚石薄膜具有优良的光学性能，可用于制造高效光电设备。
例如，利用金刚石薄膜制造的太阳能电池可将更多的光能转化为电能。
金刚石薄膜还可用于制造高品质的激光器、光电探测器和光学窗口等。
高温领域：金刚石的熔点高达3550℃，使其在高温环境下具有广泛的应用潜力。
例如，金刚石薄膜可应用于高温炉的制造，提高炉具的耐高温性能和加热效率。
金刚石薄膜还可用于制造高温传感器和热电偶等。
高压力领域：金刚石具有很高的硬度，使其在高压环境下保持稳定。
因此，金刚石薄膜可应用于高压设备的制造，如高压泵、超高压测试仪器等。
金刚石薄膜还可用于制造高精度的光学镜头和机械零件等。
本文对金刚石薄膜的性质、制备及应用进行了详细的探讨。
作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在光电、高温、高压力等领域具有广泛的应用前景。
oDLC镀膜技术特性介绍和发展应用
oDLC镀膜技术特性介绍和发展应用可能业内人士都知道，oDLC镀膜技术在国内引用已经有好几年了，之前一直被广泛应用在工具制造业、汽车工业、金属加工业、机械工程和施工设备等领域，在国内知名度并不是很高。
直到这两年oDLC 镀膜技术被引进应用在手机屏幕领域，才逐渐重新被大众所认知。
那到底什么是oDLC呢？"oDLC"，中文名“类金刚石镀膜”，是英文"DIAMOND-LIKE CARBON"的缩写。
是一种由碳元素构成、在性质上和钻石类似，同时又具有石墨原子组成结构的物质。
从专业角度来说，oDLC是一种非晶态薄膜，由于具有高硬度和高弹性模量，低摩擦因数，以及良好的耐磨损特性，很适合于作为耐磨涂层。
目前制备oDLC薄膜的方法有很多，不同的制备方法所用的碳源以及到达基体表面的离子能量不同，沉积的oDLC 膜的结构和性能也就会存在很大差别。
2012年美国康宁公司将具有防弹功能的直升机特种玻璃应用到电子行业，也就是后来市面上出现的钢化玻璃大佬——康宁大猩猩，将数码电子产品的质量又提升一个逼格。
当然，好东西都是需要付出代价的。
大猩猩玻璃价格不菲，只用在高端电子科技产品之上。
那么，这种“奢侈品”对普通人（即一般电子产品用户）来说，就成了一种可望不可即的东西，因此也就不能真正达到普及的效果，更不能真正的为人们带来有效福利。
为了让更多的人能够用到高性价的电子产品，弥补这一块“普通人”的空缺市场，信利光电股份有限公司今年引进了国外先进的oDLC（类金刚石）镀膜技术，通过纳米镀膜技术将之沉积于玻璃表面形成保护薄膜，极大地提高玻璃的表面硬度和耐磨性。
这一技术目前正被信利光电广泛应用于手机屏幕制造和钢化膜上，用来改善市面上的普遍存在的手机屏幕易刮花现象。
此外，为了让手机的整体质感以及性能都得到提升，信利光电还搭载了3D弧形曲面玻璃技术，使手机屏幕与钢化膜实现360度全方位精准贴合，为手机抵挡损伤。
金刚石薄膜研究及在制造业中的应用
金刚石薄膜研究及在制造业中的应用金刚石薄膜是一种高科技材料，具有优异的机械、光学、电子性能，被广泛应用于各个领域。
随着科技的不断进步，金刚石薄膜研究也不断深入，其在制造业中的应用也更加广泛。
一、金刚石薄膜的制备技术金刚石薄膜的制备技术主要包括化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）两种方法。
CVD法是指将金刚石前体气体在热力学平衡条件下分解，沉积在衬底上形成金刚石薄膜。
该方法具有制备工艺简单、成本低等优点，但对设备和前体气体纯度要求较高，且易产生晶面取向不均匀等问题。
PVD法主要是利用离子束或者真空电镀等方法将金刚石材料沉积在衬底上。
该方法具有沉积速率快、晶面取向良好等优点，但缺点是设备复杂、制备周期长等。
二、金刚石薄膜在制造业中的应用1. 硬质合金刀具金刚石薄膜不仅硬度高，而且有优异的耐磨性能，使得其在制造业中的应用非常广泛，最为常见的应用就是硬质合金刀具。
生产硬质合金刀具的工艺主要包括两部分，即刀具材料的制备和刀具的制造加工。
其中，金刚石薄膜主要用于刀片的磨削和切削加工。
通过金刚石薄膜的应用，能够大幅提升硬质合金刀具的切削效率和耐磨性能。
2. IC制造IC制造是目前普遍应用金刚石薄膜的领域之一。
在IC生产过程中，金刚石薄膜可用作金属线路的保护层和刻蚀标记层，能够大幅提升IC制造的效率和稳定性。
为了提高IC器件的可靠性和生产效率，人们通过金刚石薄膜的应用，使IC器件的寿命更长，效率更高，品质更稳定。
3. 机械密封件机械密封件是金刚石薄膜在制造业中的另一个应用领域。
在高压、高温和强腐蚀环境下，金刚石薄膜的耐磨性、耐腐蚀性和高压强度能力非常优异，使得其广泛应用于机械密封件的制造过程中。
通过金刚石薄膜的应用，能够大幅提高机械密封件在高强度、高温度和腐蚀环境下的使用寿命和性能稳定性。
三、金刚石薄膜在未来的发展与应用随着人们对金刚石薄膜的研究不断深入，其未来的应用领域也会越来越广泛。
目前，有关金刚石薄膜材料的研究主要集中在以下几个方面：1. 提高金刚石薄膜的厚度和质量目前，金刚石薄膜的厚度仍然比较薄，只有几纳米，受到厚度限制的应用场景也较为有限。
类金刚石薄膜
类金刚石薄膜材料班级：材料物理081401姓名：谭旭松学号：2007140201241.1类金刚石薄膜材料的概述类金刚石薄膜（Diamond Like Carbon）简称DLC,它是一类性质近似于金刚石，以sp3和 sp2键杂化的碳原子空间网络结构的亚稳态非晶碳膜。
依据制备方法和工艺不同，DLC的性质可以在非常大的范围变化，既可能非常类似与金刚石，也可能非常类似与石墨。
其硬度、摩擦系数、导热率、光学带隙、光学透光率、电阻率等都可以依据需要进行“调制”。
一般类金刚石薄膜沉积温度较低、膜面平整光滑，因而在机械电子光学声学计算机的很多领域得到应用，如耐磨层、高频扬声器振膜、光学保护膜等，因此对DLC的开发研究引起很多材料工作者的极大关注。
自从1971年Aisenberg 和Chabot 两位科学家利用碳离子束沉积出DLC 薄膜以来，人们已经成功地研究出了许多物理气相沉积、化学气相沉积以及液相法制备DLC 薄膜的新方法和新技术。
这之中有两个法分别为气相法和沉积法。
1.2类金刚石薄膜材料的结构和分类常态下碳有三种键和方式：sp1，sp2，sp3。
在sp3态碳原子的四个电子按四面体形状分布成sp3杂化轨道，形成强σ键；在sp2态，碳原子的四个电子中的三个形成在同一平面内的三次轴对称的sp2杂化轨道，它们可形成强σ键第四个电子轨道与该平面垂直，形成π键；在sp1态，仅两个电子形成σ键，另两个电子形成π键。
金刚石（diamond）—碳碳以 sp3键的形式结合；石墨（graphite）—碳碳以sp2键的形式结合；而类金刚石（DLC）—碳碳则是以sp3和 sp2键的形式结合，生成的无定形碳的一种亚稳定形态，它没有严格的定义，可以包括很宽性质范围的非晶碳，因此兼具了金刚石和石墨的优良特性；所以由类金刚石而来的DLC膜同样是一种亚稳态长程无序的非晶材料，碳原子间的键合方式是共价键，主要包含sp2和sp3两种杂化键，因而类金刚石薄膜的结构和性能介于金刚石和石墨之间，收沉积环境和沉积方式影响类金刚石薄膜中还可能含有H等杂质，形成一定数量的C-H键。
金刚石薄膜
图1 碳的相图
各种动力学因素：
反应过程中输入的热能或射频功率等的等离子体能量、反 应气体的激活状态、反应气体的最佳比例、沉积过程中成 核长大的模式等对生成金刚石起着决定性的作用。
选用与金刚石有相同或相近晶型和点阵常数的材料作基片， 降低金刚石的成核势垒。却提高了石墨的成核势垒。
石墨在基片上成核的可能性仍然存在，并且一旦成核，就 会在其核上高速生长，还可能生成许多非晶态碳，因此， 需要有一种能高速除去石墨和非晶态碳的腐蚀剂，相比之 下，原子氢是最理想的腐蚀剂，它能同时腐蚀金刚石和石 墨，但它对石墨的腐蚀速率比腐蚀金刚石的速率高30~40 倍，这样就能有效地抑制石墨相的生长。
0.1m / h ）
厚为 50nm 的金刚石连续薄膜
金刚石薄膜的结构
金刚石虽是一种原子构成，但是它的晶格是 一个复式格子，由2个面心立方的布喇菲原 胞沿其空间对角线位移1/4的长度套购而成， 金刚石结构的结晶学原胞如图所示，在1个 面心立方原胞内有4个原子，这4个原子分别 位于4个空间对角线的1/4处。
日本国立无机材料研究所Yoichiro Sato提出“键的选择” 和“键的控制”的概念，借助异质元素如H、F或其他卤素元 素与碳键合，从而达到控制键或晶体结构的目的；
Shin Sato研究了自由基、离子－分子反应在形成金刚石机理 中的作用，提出了可能的反应机理；
我国的苟清泉、冉均国、郑昌琼提出甲基聚合形成金刚石和石 墨转化形成金刚石的机理；
300k时的性能非晶态碳金刚石密度15183515努氏硬度125016501030001506000010010氢的百分含量13380110电阻率10131016光学能隙ev0818548透射带宽0520225346182565折射率1822240标定的折射率12122068碳组成68sp100sp30sp类金刚石薄膜的应用应用领域举例机械dlc涂层刀具电子mis结构光敏元件声学扬声器振动膜电子计算机磁介质保护膜电绝缘膜光刻电路板用掩模光学保护层和抗反射层太是能光热转换层光学一次写入记录介质发光材料医学矫形针涂层人工心脏瓣膜且沉积温度低面积大吸附性好表面平滑工艺成熟所以它比多晶金刚石膜应用早而且更适合于工业应用如摩擦磨损高频扬声器振动膜光学窗口保护膜等
类金刚石薄膜制备及应用综述
类金刚石薄膜制备及应用综述类金刚石薄膜是一种具有高硬度、高热导率、化学稳定性良好等优良性能的材料，在多个领域有着广泛的应用。
在本综述中，我将就类金刚石薄膜的制备方法、特性及应用进行详细的介绍，以期为相关领域的研究人员提供指导和借鉴。
一、类金刚石薄膜的制备方法1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备类金刚石薄膜的方法，其核心原理是利用化学反应在基板表面上沉积出单质碳或烷烃单体，再通过合适的条件使其聚合形成类金刚石薄膜。
其优点是工艺成熟、生产效率高，所需设备成本较高，对操作者的技术要求也较高。
2. 微波等离子体化学气相沉积法微波等离子体化学气相沉积法则是在化学气相沉积法的基础上引入了等离子体，利用微波等离子体来活化反应气体，提高沉积速率和质量，从而得到较高质量的类金刚石薄膜。
3. 溅射法溅射法是利用高能粒子轰击类金刚石靶材，使其表面的碳原子脱离靶材并在基底表面重新结晶形成薄膜。
该方法制备的类金刚石薄膜质量较好，但成本较高。
二、类金刚石薄膜的特性1. 高硬度类金刚石薄膜具有与天然金刚石相近的硬度，达到10GPa以上。
这使得类金刚石薄膜在一些需要高耐磨性能的领域有着广泛的应用，如刀具表面涂层等。
2. 高热导率类金刚石薄膜具有非常高的热导率，可达到约2000W/mK，因此被广泛用于热管理领域，如散热片、导热膏等。
3. 化学稳定性良好类金刚石薄膜在化学腐蚀等方面具有较好的稳定性，这使其在一些特殊的化学环境下得到应用。
4. 其它特性除了上述特性之外，类金刚石薄膜还具有较好的光学性能、生物相容性等特性，这为其在生物医疗、光学涂层等领域的应用提供了可能。
三、类金刚石薄膜的应用1. 刀具涂层由于其高硬度与耐磨性能，类金刚石薄膜被广泛应用于刀具涂层，能够大大提高刀具的使用寿命与切削性能。
2. 热管理材料类金刚石薄膜的高热导率使其成为理想的热管理材料，广泛应用于散热片、导热膏等领域。
3. 光学涂层类金刚石薄膜的优良光学性能使其在激光光学、液晶面板等领域有着广泛的应用。
DLC膜——精选推荐
DLC膜类金刚石膜(Diamond-Like-Carbon，DLC)，是一种非晶碳膜，它具有类似天然金刚石的许多性质，如高硬度、低摩擦系数、高电阻率、良好的光学性能、高化学稳定性等[1,2]。
因此，DLC膜广泛应用于机械、磁记录技术、光电、激光等领域，从20世纪80年代以来一直是薄膜技术领域研究的热点之一。
由于制备方法和采用的碳原子载气相沉积(PVD)制备的。
体不同，生成的DLC 膜中原子的键合方式(有C-H、C- C)及碳原子之间的键合方式(有sp2、sp3等)有所不同，并且各种键合方式的比例不同。
因此DLC膜是范围很大的一类非晶碳膜，为sp2、sp3键共存(石墨为sp2键、金刚石为sp3键)。
根据膜中含氢与否可分为无氢和含氢DLC，即ta-C和ta-C:H。
含氢的类金刚石膜是通过化学气相沉积(CVD)制备的，而不含氢的类金刚石膜是通过物理不同工艺制备的DLC的成分、结构和性能相差较大，一般把硬度超过金刚石硬度20%的绝缘无定型非晶碳膜称为类金刚石膜。
图1是类金刚石的C-H相图[3]，可以看出，只有相图的上半部分才能形成DLC，图中ta-C和ta-C:H的区域即DLC的形成区域，它们均是含sp3键较多的区域。
典型的ta-C:H膜含sp3部分要少于50%，而ta-C膜(即四面体碳ta-C)包含85%甚至更高含量的sp3键。
图1 类金刚石C-H图在直流放电等离子体中，Whitmell和Williamson首次用碳氢气体制备了DLC 膜。
此后，DLC膜已被多种方法制备，它们的主要共同特征都是在粒子轰击的条件下成膜的，荷能离子对膜生长表面的轰击对其sp3键结构的形成起着关键的作用，故又称之为离子碳膜，并记为i-C。
到目前为止，类金刚石膜的制备方法大致可以分为两大类：物理气相沉积法和等离子体辅助化学气相沉积法(PECVD)。
前者包括蒸发镀膜、磁控溅射、离子束镀膜、脉冲激光沉积、激光-离子束沉积、磁过滤真空弧沉积方法等。
oDLC类金刚石镀膜技术知识介绍
oDLC类金刚石镀膜技术知识介绍DLC（类金刚石薄膜）定义：类金刚石薄膜是近年兴起的一种以sp3和 sp2键的形式结合生成的亚稳态材料，兼具了金刚石和石墨的优良特性，而具有高硬度.高电阻率.良好光学性能以及优秀的摩擦学特性。
类金刚石薄膜通常又被人们称为DLC薄膜，是英文词汇Diamond Like Carbon的简称，它是一类性质近似于金刚石，具有高硬度.高电阻率.良好光学性能等，同时又具有自身独特摩擦学特性的非晶碳薄膜。
DLC薄膜性能机械性能：高硬度和高弹性模量、优异的耐磨性、低摩擦系数电学性能：表面电阻高化学惰性大光学性能：DLC膜在可见光区通常是吸收的，在红外去具有很高的透过率稳定性：亚稳态的材料、热稳定性很差，400摄氏度oDLC镀膜技术解析：oDLC镀膜技术，是指通过纳米镀膜技术将DLC(类金刚石薄膜)均匀地沉积于钢化玻璃或者物质表面，形成一层独特的保护膜。
借助类金刚石薄膜自身的高硬度优势提高钢化玻璃的表面硬度，改善其防刮抗压性能。
、oDLC镀膜技术的应用由于DLC类金刚石有着和金刚石几乎一样的性质，因此，它的产品被广泛应用到机械、电子、光学和医学等各个领域。
同时类金刚石膜有着比金刚石膜更高的新能价格比，所以相当广泛的领域内可以代替金刚石膜。
1、机械领域的应用①用于防止金属化学腐蚀和划伤方面②磁介质保护膜2、电子领域的应用①UISI芯片的BEOL互联结构的低K值的材料②碳膜和DLC薄膜交替出现的多层结构构造共振隧道效应的多量子阱结构3、光学领域的应用①塑料和聚碳酸酯等低熔点材料组成的光学透镜表面抗磨损保护层②DLC膜为性能极佳的发光材料之一：光学隙带范围宽，室温下光致发光和电致发光率都很高。
4、医学领域的应用①在人工心脏瓣膜的不锈钢或钛合金表面沉积DLC膜能同时满足机械性能、耐腐蚀性能和生物相溶性要求②人工关节承受的抗磨性简而言之，类金刚石膜由于其良好的性能和广泛的应用，正受到越来越多的关注，近段时间由信利光电推出的金刚盾钢化膜正式采用了oDLC镀膜技术。
金刚石膜及类金刚石膜的光学应用研究进展
智库理论智库时代·210·金刚石膜及类金刚石膜的光学应用研究进展曹倩雯（南京理工大学紫金学院电子信息工程系，陕西西安 710038）摘要：金刚石膜以及类金刚石膜在光学元件的保护中有着重要的作用，金刚石膜以及类金刚石膜的特性决定了他们的使用方式，由于这两种膜的高硬度、低摩擦系数、高稳定性，所以在光学元件的保护膜方面普遍选用这两种膜。
金刚石膜的宽光透过特性是选用金刚石膜的重要依据之一。
类金刚石膜的优点更多，类金刚石膜的制备较为简单，而且类金刚石膜的表面比金刚石膜的表面更加光滑，折射率容易控制，对于硅类材料的红外线透性有很好的增加效果。
关键词：金刚石膜；类金刚石膜；光学仪器中图分类号：P619.24+1文献标识码：A文章编号：2096-4609（2019）33-0210-002由于类金刚石膜的内部可以用其他材料代替碳氢键，有效减少碳氢键对光线的吸收峰，对于红外线类光学元件有很好的保护作用。
事实上，金刚石的折射率大约在2.3左右，类金刚石膜的折射率在2的上下0.5左右浮动，光学元件对于保护膜的定义是折射率越高，保护效果越好，所以金刚石膜以及类金刚石膜对于光学元件的保护效果好于其他材料的保护膜。
一、金刚石膜以及类金刚石膜的简介光学元件对于保护膜的要求是非常高的，用于光学元件的金刚石保护膜对于膜的要求同样是十分高的，为了保护光学元件，透明度一定要好，面积一定要大，膜的均匀性是关乎膜质量的关键因素，所以金刚石膜一定要均匀。
另一方面，用于光学仪器的金刚石膜分为两种厚度，一种平时成为金刚石窗口，厚度在600微米及以上，另一种是仅有几十微米的超薄膜。
光学元件上用的金刚石膜，在物理性质以及化学性质上与自然的金刚石单晶相差不大。
金刚石膜以及类金刚石膜的应用范围十分广泛，在一些光学材料表面都有使用，在一些高端的光学仪器上，类似于高端的天文望远镜等都已经装备上了金刚石膜或者类金刚石膜。
金刚石膜以及类金刚石膜的制作方法都是有沉积制作的，制作方法根据原理不同而分为化学制作法以及物理制作法。
类金刚石薄膜制备及应用综述
类金刚石薄膜制备及应用综述类金刚石薄膜是一种由金刚石晶体颗粒组成的薄膜，具有很高的硬度、优异的化学稳定性和良好的导热性能，因而在许多领域具有广泛的应用前景。
本文将对类金刚石薄膜的制备方法和应用进行综述。
制备方法方面，目前主要有化学气相沉积（CVD）法、物理气相沉积（PVD）法和磁控溅射（MS）法等。
其中，CVD法是最常用的制备方法之一。
它通过在合适的基底上，利用热解反应使前驱物（如丙烯酸甲酯）分解产生碳源，并在高温下使碳源与金属催化剂（如镍或铁）相互作用，最终沉积出类金刚石薄膜。
CVD法具有制备工艺简单、成本低廉等优点。
另外，PVD法和MS法也能制备出类金刚石薄膜，但相对于CVD法，它们的制备过程更加复杂，成本也更高。
类金刚石薄膜的应用领域广泛。
首先，它在电子学领域中有着重要的应用。
由于类金刚石薄膜的高导热性和优异的机械性能，可以用于制作高功率晶体管和高频振荡器等器件，提高其散热效能和稳定性。
其次，类金刚石薄膜还可以应用于光学领域。
由于其低散射和高透明性，可以用于制作光学镜片和涂层，提高光学设备的性能。
此外，类金刚石薄膜还可用于制作生物传感器和医疗器械等领域，发挥其优异的化学稳定性和生物相容性。
尽管类金刚石薄膜具有广泛的应用前景，但目前仍面临一些挑战。
首先，类金刚石薄膜的制备方法需要进一步优化，以提高其制备效率和质量。
其次，目前的制备方法成本较高，需要进一步降低制备成本，以推动其产业化进程。
另外，类金刚石薄膜的表面粗糙度和结晶质量也需要进一步改善，以满足不同领域的需求。
综上所述，类金刚石薄膜作为一种具有优异性能的材料，在电子学、光学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
随着制备技术的不断发展和改进，相信类金刚石薄膜将在更多领域发挥其独特的优势。
类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究
类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究摩擦学（tribology）是一门研究接触过程中摩擦、磨损、润滑等问题的学科。
类金刚石薄膜作为一种具有特殊性能的材料，其在载流环境下的摩擦学行为及其摩擦磨损机理一直备受关注。
类金刚石薄膜具有优异的硬度、低摩擦系数和高耐磨性等特点，广泛应用于各个领域，包括硬盘头部、摩擦件和切削工具等。
对于了解类金刚石薄膜在载流环境下的摩擦学行为以及其摩擦磨损机理，对于进一步提高其应用性能具有重要意义。
首先，我们来研究类金刚石薄膜在载流环境中的摩擦学行为。
载流环境可以改变材料的摩擦性能，因此需要对载流速度、温度和润滑剂等因素进行控制和研究。
通过摩擦学实验，可以获取摩擦系数随载流速度和温度的变化规律，并分析其内在机理。
实验结果表明，类金刚石薄膜在适当的载流速度和温度下，具有较低的摩擦系数和良好的润滑性能。
这与其表面形貌、化学成分以及微观结构有着密切关系。
其次，我们将研究类金刚石薄膜的摩擦磨损机理。
类金刚石薄膜的使用寿命和摩擦磨损机制直接相关。
通过对薄膜表面形貌、摩擦副界面的形成和磨损机制等进行研究，可以了解类金刚石薄膜的摩擦磨损过程。
实验结果表明，类金刚石薄膜在载流环境中的摩擦磨损主要包括磨粒磨损、表面氧化和界面剥离等。
这些机制的发生与载流速度、温度和载荷等因素有关。
最后，我们将探讨如何优化类金刚石薄膜的摩擦学性能。
基于对类金刚石薄膜摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究，可以采取相应的措施来提高其使用寿命和性能。
例如，通过表面处理，可以改善类金刚石薄膜的润滑性能；通过合理选择载流速度和温度，可以减小摩擦系数和磨损速率；通过添加适当的添加剂，可以增加薄膜的抗氧化性能。
这些措施可以进一步拓展类金刚石薄膜的应用范围和提高其实际效果。
综上所述，类金刚石薄膜的载流摩擦学行为及其摩擦磨损机理的研究对于了解该材料的摩擦学特性和提高其应用性能具有重要意义。
类金刚石薄膜材料
类金刚石薄膜材料金刚石薄膜材料是一种具有许多优良性能的材料。
它由人工合成的金刚石晶体组成，具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性和优异的导热性能。
本文将介绍金刚石薄膜材料的制备方法、性能以及应用领域。
金刚石薄膜的制备方法有多种，最常用的是化学气相沉积法（Chemical Vapor Deposition，CVD）。
CVD方法包括热CVD和等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD）。
热CVD法是通过在高温和高压下，使金刚石前体气体在衬底表面上沉积，形成金刚石薄膜。
PECVD方法则是通过在等离子体的作用下，使金刚石前体气体发生化学反应，从而在衬底表面沉积金刚石薄膜。
金刚石薄膜材料具有许多优异的性能。
首先，金刚石薄膜具有极高的硬度，它是目前已知最硬的天然材料。
这使得金刚石薄膜可以用于制作高硬度的涂层，具有良好的耐磨损性能。
其次，金刚石薄膜具有良好的导热性能，可以有效地传导热量。
这使得金刚石薄膜可以用于制作高性能的热传导材料，如散热器和热管理设备。
此外，金刚石薄膜还具有高化学稳定性和高热稳定性，可以在极端的条件下使用。
这使得金刚石薄膜在一些特殊的领域，如光学、电子和生物医学方面有广泛的应用。
金刚石薄膜在光学方面有许多应用。
由于金刚石薄膜具有较高的折射率和透过率，可以用于制作高性能的光学元件，如激光器窗口和透镜。
金刚石薄膜还具有优异的耐磨损性能，可以用于制作高性能的光学涂层，延长光学元件的使用寿命。
此外，金刚石薄膜还可以用于制作光学纤维和光学传感器。
金刚石薄膜在电子方面也有广泛的应用。
由于金刚石薄膜具有良好的导热性能和高化学稳定性，可以用于制作高功率电子器件的散热器和热管理设备。
金刚石薄膜还可以用于制作微电子元件，如高频微波器件和功率放大器。
此外，金刚石薄膜还可以用于制作高温电子设备，如航空航天电子设备和核电设备。
金刚石薄膜在生物医学方面也有一些应用。
金刚石薄膜技术在能源领域的应用前景
金刚石薄膜技术在能源领域的应用前景金刚石是目前已知最坚硬的自然物质，其硬度甚至比大多数金属高10多倍。
而在薄膜技术的应用中，金刚石薄膜的硬度更是得到了发挥。
而其在能源领域的应用前景更是不可限量。
一、金刚石薄膜技术在太阳能领域的应用太阳能电池板是当前最为广泛应用的太阳能发电技术之一，而其中最常用的太阳能电池板材料之一就是硅。
然而，硅本身存在着光伏转换效率低下以及能量损耗大等问题，而这些问题可通过应用金刚石薄膜技术来解决。
金刚石薄膜能够提高电池板的传热系数，使其散热更加均匀，大幅度降低了电池板的热损耗，使太阳能电池板的转换效率得到极大提高。
并且金刚石薄膜还能够降低太阳光的反射率，从而使太阳光直接照到太阳能电池板上的面积更大，进一步提高太阳能电池板的转换效率。
此外，金刚石薄膜还具有防辐照、耐候性等优点，能够延长太阳能电池板的使用寿命。
二、金刚石薄膜技术在热能领域的应用在热能转换领域，红外传感器、热散热器等设备的制作中也广泛应用了金刚石薄膜技术。
由于金刚石具有优异的导热和耐热性，能够在高温或高压条件下稳定工作。
而金刚石薄膜的制备可以采用化学气相沉积技术，可以制备出非常薄的金刚石薄膜，因此在热传感器的制作中更为优秀。
此外，在电子元器件领域，金刚石薄膜也能够起到优秀的导热散热作用。
由于现代电子元器件的尺寸越来越小，因此在散热方面的设备和散热效果皆有要求，而金刚石薄膜正好能够满足这一需求。
三、金刚石薄膜技术在储能领域的应用随着电动汽车的逐渐普及，其储能和快速充电的问题也日益引起关注，而金刚石技术可以优异地解决这一问题。
尤其是在全固态电池中，金刚石薄膜作为电池隔膜的应用正逐步增多。
传统的电池隔膜通常采用聚合物或陶瓷材料构成，但由于其不利于热导，不能达到电池的快速充电和放电的要求。
而金刚石薄膜可以实现电子传输和离子传输的双重通道，并且导热值更高，因此在储能和电池的快速充放电过程中储能效率和传输效率都得到了提升。
四、总结金刚石薄膜技术在能源领域的应用前景十分广泛。
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学科前沿知识讲座论文类金刚石薄膜的性能与应用摘要：类金刚石膜(Diamond-like Carbon)简称DLC，是一类性质类似于金刚石如具有高硬度、高电阻率、耐腐蚀、良好的光学性能等，同时其又具有自身独特摩擦学特性的非晶碳膜。
作为功能薄膜和保护薄膜，其广泛应用于机械、电子、光学、医学、航天等领域中。
类金刚石膜制备方法比较简单，易实现工业化，具有广泛的应用前景。
关键词：超硬材料类金刚石薄膜制备气象沉积表面工程技术引言磨损是工程界材料功能失效的主要形式之一，由此造成的资源、能源的浪费和经济损失可用“巨大”来表示。
然而，磨损是发生于机械设备零部件表面的材料流失过程，虽然不可避免，但若采取得力措施，可以提高机件的耐磨性。
材料表面工程主要是利用各种表面改性技术，赋予基体材料本身所不具备的特殊的力学、物理或化学性能，如高硬度、低摩擦系数、良好的化学及高温稳定性、理想的综合机械性能及优异的摩擦学性能，从而使零部件表面体系在技术指标、可靠性、寿命和经济性等方面获得最佳效果。
硬质薄膜涂层因能减少工件的摩擦和磨损，有效提高表面硬度、韧性、耐磨性和高温稳定性，大幅度提高涂层产品的使用寿命，而广泛应用于机械制造、汽车工业、纺织工业、地质钻探、模具工业、航空航天等领域。
一、超硬薄膜材料随着材料科学和现代涂层技术的发展，应用超硬材料涂层技术改善零部件表面的机械性能和摩擦学性能是21世纪表面工程领域重要的研究方向之一。
超硬薄膜是指维氏硬度在40GPa以上的硬质薄膜。
到目前为止，主要有以下几种超硬薄膜:1 金刚石薄膜金刚石薄膜的硬度为50~100GPa(与晶体取向有关)，从20世纪80年代初开始，一直受到世界各国的广泛重视，并曾于20世纪80年代中叶至90年代末形成了一个全球范围的研究热潮。
金刚石膜所具有的最高硬度、最高热导率、极低摩擦系数、很高的机械强度和良好化学稳定性的优异性能组合使其成为最理想的工具和工具涂层材料。
金刚石薄膜在摩擦学领域应用的突出问题，就是在载荷条件下薄膜与基体之间的粘附强度以及薄膜本身的粗糙度问题，目前，己经有针对性地开展了大量的研究工作。
随着研究工作的不断深入，金刚石薄膜将会为整个人类社会带来巨大的经济效益。
2 立方氮化硼(c-BN)薄膜立方氮化硼(c-BN)薄膜的硬度为50~80GPa，它具有与金刚石相类似的晶体结构，其物理性能也与金刚石十分相似。
与金刚石相比，c-BN的显著优点是具有良好的热稳定性和化学稳定性，适用于作为超硬刀具涂层，特别是用于加工铁基合金的刀具涂层。
3 碳氮膜碳氮膜是新近开发的超硬薄膜材料，理论预测它具有达到和超过金刚石的硬度。
已有的研究表明CNx薄膜的硬度可高达72GPa，可与DLc相比拟。
同时CNx薄膜具有十分独特的摩擦磨损特性。
在空气中，CNx薄膜的摩擦系数为0.2-0.4，但在N2、C02和真空中的摩擦系数为0.01~0.1。
在N2气氛中的摩擦系数最小(0.01)，在大气环境中向实验区域吹氮气，也可将其摩擦系数降至0.017。
因此，CNx薄膜有望在摩擦磨损领域获得实际应用。
4 类金刚石薄膜类金刚石膜(DLC)是一大类在性质上和金刚石类似，具有sp2和sp3杂化的碳原子空间网络结构的非晶碳膜。
与组分相关的硬度可从20GPa变化至80GPa。
类金刚石碳膜作为新型的硬质薄膜材料具有一系列优异的性能，如高硬度、高耐磨性、高热导率、高电阻率、良好的光学透明性、化学惰性等，可广泛用于机械、电子、光学、热学、声学、医学等领域，具有良好的应用前景。
DLC的主要缺点是：(a)内应力很大，因此薄膜厚度受到限制，一般只能达到1um~2um以下；(b)热稳定性较差，含氢的a:C-H薄膜中的氢在400℃左右就会逐渐逸出，sp2键增加，sp3键降低，在大约500℃以上就会转变为石墨。
5 纳米复合多层膜纳米多层膜是一种人为可控的一维周期结构，这种结构可以有效地调整薄膜中的位错和缺陷及其运动，从而获得高硬度、高模量等性能，近期有关多层膜的研究报道较多，其中以金属/氮化物(碳化物，硼化物等)多层膜和氮化物/氮化物多层膜的研究居多。
最近，纳米晶粒复合的TIN/SINx薄膜材料的硬度达到了创记录的105GPa，可以说完全达到了金刚石的硬度。
以纳米厚度薄膜交替沉积获得的纳米复合多层膜的硬度与每层薄膜的厚度(调制周期)有关，有可能高于每一种组分的硬度。
纳米复合多层膜不仅硬度很高，而且涂层的韧性和抗裂纹扩展能力得到了显著改善，摩擦系数也较小，因此是理想的工模具涂层材料。
它的出现向金刚石作为最硬材料的地位提出了严峻的挑战，同时在经济性上也有十分明显的优势，因此具有非常好的市场前景。
但是，由于一些技术问题还没有得到解决，目前暂时还未在工业上得到广泛应用。
二、类金刚石薄膜简介类金刚石(Diamond-like Carbon，简称DLC)材料是碳的非晶亚稳态结构存在形式之一，是人工合成的含有sp3和sp2键碳混杂的非晶亚稳态结构。
迄今为止，人们发现的由纯碳组成的晶体有3种：金刚石、石墨和最近被发现并引起广泛关注的具有笼状结构的布基球和布基碳管。
结构不同造成三者的性质表现出较大的差异。
石墨中的碳原子通过sp2杂化形成3个共价σ键，并与其他碳原子连接成六元环形的蜂窝平面层状结构。
在层中碳原子的配位数为3，另外每个碳原子还有一个垂直于层平面的p轨道电子，它们互相平行，形成离域π电子而贯穿于全层中，层中每两个相邻碳原子间的键长0.142nm，层与层之间由分子力结合，间距0.34nm，远大于C-C键长，所以石墨有良好的导电、导热和润滑特性；金刚石中每个碳原子进行sp3杂化形成4个σ键，构成正四面体，是典型的原子晶体，有硬度大、熔点高的特点，并具有优良的光学、声学、热学和电学特性。
而含有sp3和sp2键碳混杂的非晶DLC，具有石墨和金刚石所共有的性能：硬度大、熔点高、良好的导热、润滑特性，同时具有优良的光学、声学、热学和电学特性。
紫外-可见光拉曼光谱(UVRS)测试表明DLC薄膜确实具有石墨和金刚石混合结构。
天然和人造金刚石晶体的Raman光谱峰位为1332cm-1的单峰，石墨晶体的Raman光谱峰位为1575cm-1，多晶石墨除1575cm-1峰外还有一个峰位于1355cm-1。
1355cm-1峰的强度决定于样品中无机碳的含量及石墨晶粒的大小。
而DLC 薄膜不仅则有一个在1560cm-1很强并且半高宽度很小的峰位，还有一个在1350cm-1附近的半高宽度很大的弱峰位。
中子衍射实验表明，DLC膜中碳-碳原子的最近距离为0.151~0.152nm，而石墨和金刚石的碳-碳原子的最近距离分别为0.142和0.154nm。
由于DLC薄膜制备方法(如PVD、CVD、PCVD等)和采用碳原子的载体(如各种碳烷气、石墨等)不同，所生成薄膜的碳原子键合方式(C-H，C-C)与碳原子之间的键合方式(有sp2和sp3)及各种键合方式的比例也不同。
因此DLC薄膜可分为非晶碳膜和含氢非晶碳膜。
而非晶碳膜的成分、结构、性能也相差较大，但共同点是空间结构上长程无序而短程有序、由大量sp3和少量sp2碳原子键合的一种网状碳结构。
研究表明，DLC薄膜的性质与连续的、无规则的sp3骨架的排列及sp3/sp2的比例等都有关，DLC 膜的物理、化学、力学和电子学等性能由其结构决定。
三、类金刚石薄膜的制备DLC薄膜的制备方法分为物理物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两大类。
在此基础上，目前己经发展出基于物理物理气相沉积和化学气相沉积以及两者结合的多种DLC薄膜制备方法。
PVD方法主要有:离子束辅助沉积法，溅射沉积法，离子束沉积法，真空阴极电弧沉积法等。
CVD方法主要有:直流辉光放电等离子体化学气相沉积法、射频辉光放电等离子体化学气相沉积法、电子回旋共振化学气相沉积法、脉冲激光沉积法等。
与其他方法相比，磁过滤阴极真空弧沉积方法具有阴极材料离化率高、沉积离子能量可大范围调节、沉积温度低及沉积速率高等优点，被证明是制备高硬度涂层的非常优秀的方法之一，在近十年来得到广泛研究。
先进的镀膜技术为沉积超硬薄膜提供了技术保证，完善的镀膜设备功能是保证超硬薄膜材料质量的基础。
超硬薄膜材料是材料科学与工程中蓬勃发展的领域，只有在实际中得到应用才能增强它的生命力。
四、类金刚石膜的应用类金刚石薄膜具有较高的硬度，化学惰性，低摩擦系数，优异的耐磨性，表面电阻高，在可见光区的透射率高。
类金刚石膜作为保护膜已经运用到许多领域：光学窗口、磁盘和微机电系统（MEMS）等，具体的应用如下：1机械领域的应用由于其具有高的硬度、低摩擦系数（尤其是在超高真空条件下）以及良好的导热性，可以使机械零件在没有冷却和润滑的情况下运转，而不至于导致过高的温度，因此作为耐磨涂层在摩擦学领域具有巨大的应用前景。
类金刚石膜作为耐磨硬质膜在太空中的应用研究也已经展开。
由于其较低的摩擦系数，可较好地使用在高温，高真空等不适于液体润滑的情况以及有清洁要求的环境中。
类金刚石作为轴承、齿轮、活塞等易损机件的抗磨损镀层尤其是作为刃具、量具表面的耐磨涂层是十分合适的。
类金刚石薄膜用作刀具涂层，能提高刀具寿命和刀具边缘的硬度，减少刃磨时间，节约成本。
类金刚石薄膜用作量具表面涂层，不至于使其改变尺寸和划伤表面，减少标定时间。
它还具有良好的化学稳定性，防止酸碱及有机溶液侵蚀，适用于化工机械部和多种装饰件的镀层。
2光学领域的应用①红外窗口的抗磨损保护层和反射层：类金刚石膜在整个红外波段范围具有良好的透明特性。
由于薄膜硬度高，耐磨性好，使其可以作为支撑红外窗口或作为ZnS、ZnSe等红外窗口的保护涂层。
朱昌等人发现对NaCl晶体镀类金刚石薄膜做保护层，既不影响10.6um激光输出功率，又可以防止NaCl潮解，能延长红外窗口的使用寿命；②发光材料：类金刚石膜具有良好的光学透过性以及室温生长的特点，因此类金刚石膜可以作为由塑料和聚碳酸脂等低熔点材料组成的光学透镜表面的抗磨损保护层。
类金刚石膜光学带隙范围宽，室温下光致发光和电致发光率都很高，能在整个可见光范围发光，这使得类金刚石膜成为性能极佳的发光材料之一；③存储材料：V.Yn Armeyer等人实验发现在硅玻璃基片上沉积厚度为100nm的类金钢石薄膜的光学存储信号密度可高达108bits/㎝2数量级，而且具有信噪比高，硬度高，化学稳定性强以及无需再加保护层等优点，因此有希望成为一次性写入记录介质；④太阳能光-热转换层：在铝基片表面沉积不同厚度的单层类金刚石膜、硅及锗涂层后，通过比较各自的性能发现单层类金刚石膜的光热转换效率最高。
3医学领域的应用作为一种种植材料，类金刚石膜具有广泛的应用前景。
如：在聚乙烯的人工股骨关节头上镀一层类金刚石膜，其抗磨损性能可以与镀陶瓷和金属制品相比；镀有Ti/DLC多层膜的钛制人工心脏瓣膜，由于其具有疏水性和光滑表面，也取得了较好的效果；在用于骨科内固定机械的Ti-Ni形状记忆合金，镀一层类金刚石膜，使其具有良好的抗氧化性以及良好的生物学摩擦特性。