纳米金刚石镀膜

纳米金刚石镀膜百科名片

纳米金刚石镀膜，是一种源于太空技术的镀膜技术。该技术生产的纳米级非晶金刚石薄膜最薄可以达到2纳米，金刚石结构SP3的含量超过80％。这样的薄膜具有天然金刚石的许多优异特性：它生成的薄膜具有超硬、耐磨、高绝缘、高导热率、摩擦系数低、膜层均匀、致密度高、耐腐蚀和附着力高等特点，薄膜还具有无色透明，对材质的光学特性基本不产生影响。

纳米金刚石镀膜的发展及应用

太空技术基于金刚石诸多优异的力、热、光、电等性质，优良的化学惰性，以及很好的热稳定性等，在机械、光学、电子学及声学等领域都有着广阔的应用前景，但是由于其数量稀少且价格昂贵，早期在现实中的应用是十分有限的。

上个世纪80年代初苏联的Spitsyn 和日本的Matsumoto 等人发明了低压气相合成金刚石膜技术，用该种方法制备的金刚石薄膜，其性能接近天然金刚石（钻石），因而金刚石薄膜一经问世就迅速达到商业化应用的水平，从而在世界范围内掀起了研究金刚石薄膜的热潮。

经过20 多年的研究，金刚石薄膜在机械加工领域已经获得成功应用，尤其是在切削领域，如使用金刚石薄膜后的刀具可显著延长使用寿命。

随着光学玻璃抛光工艺不断向前发展，对抛光材料的选取有了新的要求，纳米金刚石具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数等优点，具备良好的磨削性能因而金刚石薄膜又被逐渐应用于精细抛光等领域，最早被应用于金属上。

近年来，该技术被发掘应用于饰品领域，对钻石离子进行迁移和融合，在顶级切磨工艺的优质立方氧化锆表面覆上一层纳米级钻石涂层，使之呈现出天然钻石般的璀璨光彩和硬度，生产出高品质八心八箭的优质混合型钻石，价格却远远低于天然钻石，而99%经验丰富的珠宝商都无法用肉眼分辨出这种钻石与天然钻石。在这项尖端的引领下，以宝施奥钻为代表的新型钻石正在掀起一场钻石界的革命。

纳米金刚石镀膜的特性

1、高硬度，国内国际的多项测定表明，纳米压入仪测定的硬度达到80GPa （HV8000）,经由纳米金刚石镀膜的工具及产品，硬度远远大于未经镀膜的；

2、镀膜与基体的结合度极高，不会产生镀膜层脱落；

3、摩擦系数低至0.092-0.105（对金属钢）；

4、耐磨性能急速提高。许多材料经镀膜后，耐磨性可提升100倍以上；

5、耐腐蚀性更好，纳米金刚石涂层具有化学惰性，例如，覆有100纳米金刚石涂层的电镀件，可经受300小时的盐雾试验，不出现腐蚀变异。

纳米金刚石镀膜在平整度和光泽度上远远优于微米金刚石镀膜

图1 分别是微米金刚石膜和纳米金刚石膜的低倍和高倍SEM 照片。可以看出微米金刚石薄膜表面相当粗糙，微米金刚石薄膜晶粒具有明显的择优取向，晶粒堆积在一起导致薄膜表面出现许多突出的棱角，因而薄膜表面较为粗糙；而纳米金刚石薄膜晶粒得到细化，无明显的择优取向，晶粒尺寸15~20 nm（图1，d），纳米晶粒聚集在一起形成一些微米级的小块（图1，c），由这些微米级的小块形成金刚石膜的表面，因而表面更加平坦。

图1 薄膜表面SEM照片

图2 分别是微米金刚石膜和纳米金刚石膜的断面SEM 照片。从图中可以看出二者组织结构明显不同。

图2 薄膜的断面形貌

微米金刚石薄膜是一种柱状组织结构，薄膜与衬底表面呈犬牙交错型（图2，a），这种薄膜表面粗糙度较高，这与图1 得到的结果是一致的；而纳米金刚石薄膜是一种类似于细沙堆积起来的结构，薄膜与衬底间近似一条直线，从断面形貌来看，纳米金刚石薄膜表面是平整的，薄膜表面较微米金刚石薄膜平坦许多，这与图1 得到结果是一致的。

纳米金刚石镀膜的贡献

1、对人工关节、骨板及骨钉的表面处理

纳米金刚石镀膜人工关节、骨板及骨钉的表面处理技术，它应用纳米金刚石薄膜对钛合金进行表面该性，改善其微量离子释放，污染组织、引起发炎等不良问题，以制作合乎要求的人工关节、骨板及骨钉，并充分利用了金刚石膜良好的生物相容性及最佳的化学稳定性。采用化学气相蒸镀法或物理气相蒸镀法，对钛合金基片镀制厚度为100nm～3μm的纳米金刚石薄膜或类金刚石碳膜，该金刚石薄膜再进行后表面处理，以共价键方式结合人体组织相容性高的分子介面层。

2、改善口腔修复常用合金的表面理化特性

金钯合金属于牙科贵金属合金材料,因为具有良好的生物相容性、延展性及边缘适应性，近年来在口腔修复临床中成为制作冠桥的常用材料之一。

金钯合金通过金刚石镀膜的方法改善金钯合金的耐磨性、硬度。制作方法：6个金钯合金试件,在常温下通过射频辉光放电的方法分别镀覆300纳米、500纳米类金刚石镀膜,对镀膜后金钯合金表面的摩擦系数、电化学腐蚀电位及维氏硬度进行测试,并同标准试件进行比较。结果300纳米镀膜金钯合金耐磨性高于500纳米镀膜;随着镀膜厚度的增加,耐腐蚀性有增加的趋势;对维氏硬度的均值进行t 检验,镀膜300纳米金钯合金维氏硬度高于500纳米试件及标准件(P0.001)。因此，对金钯合金表面进行类金刚石镀膜处理是改善其表面理化特性的一种方式