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磁过滤直流真空阴极弧沉积类金刚石膜的结构和力学性能研究祝土富，沈丽如，徐桂东（核工业西南物理研究院，成都610041）[摘要] 采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在不锈钢基体上制备了类金刚石（DLC）膜。
利用光学显微镜、台阶仪、X射线光电子能谱、Raman光谱、显微硬度计、摩擦磨损仪、洛氏硬度计检测了薄膜的表面形貌、厚度、结构和相关力学特征。
结果表明，膜中仍然存在着um级的大颗粒分布，膜厚为290nm，sp3键含量较高，在空气中的摩擦系数约为0.25，耐磨性能优良，膜与基体的结合性能良好。
[关键词]磁过滤真空阴极弧；DLC膜；结构；摩擦磨损性能Micro-structure and Mechanical Properties of Diamond-like CarbonFilmsDeposited by DC Filtered Cathodic Vacuum Arc TechnologyZHU Tufu, SHEN Liru, XU Guidong( Southwestern Institute of Physics, chendu 610041, China )[Abstract]Diamond-like carbon (DLC) films were deposited on stainless steel substrate by DC filtered cathodic vacuum arc technology. The structure and morphology of the films were studied by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), Raman spectroscope and optical microscope. The thickness of the films was measured by surface profilometer.The mechanical properties were investigated by ball-on-disk tribometer, micro hardness tester and Rockwell apparatus. The resultsshowed that there were still some large particulates with magnitude of microns existed in the films. The thickness of the films was 290 nm. The content of sp3 bonding carbon atoms was quite high. The Friction coefficient of the films was about 0.25. The films exhibited excellent wear resistance. The adhesion of the films to substrate was very well.[Keywords]filtered cathodic vacuum arc; DLC films; structure; friction and wear behaviour1．引言类金刚石（DLC）膜是一种含有大量sp3键的亚稳态非晶碳薄膜，碳原子间主要以sp3和sp2杂化键结合，sp3键的含量越多，薄膜的性能就越接近于金刚石。
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。
金刚石表面覆膜的方法及应用一、化学气相沉积法化学气相沉积（CVD）是一种常用的金刚石表面覆膜方法。
该方法利用含碳气体（如甲烷、乙炔等）在一定条件下发生化学反应，生成金刚石薄膜。
CVD法具有沉积温度低、薄膜质量高等优点，但制备的金刚石膜通常较厚，需要进一步加工以适用于实际应用。
二、物理气相沉积法物理气相沉积（PVD）法是另一种常用的金刚石表面覆膜技术。
该方法通过物理手段（如真空蒸发、离子溅射等）将含碳气体或碳源材料转化为原子态或离子态，然后沉积在基底表面形成金刚石膜。
PVD 法具有较高的沉积速率和较低的制备温度，但制备的金刚石膜较薄，且性能相对较差。
三、热丝化学气相沉积法热丝化学气相沉积（HFCVD）法结合了CVD和热丝技术的优点。
在HFCVD法中，高活性含碳气体在加热的钨丝或镍丝上发生化学反应，产生碳氢自由基或碳离子，并吸附在基底表面形成金刚石膜。
HFCVD 法能够制备高质量的金刚石膜，并具有良好的附着力。
然而，制备过程中需要精确控制热丝温度和气体流量，以保证薄膜质量和沉积速率。
四、激光诱导化学气相沉积法激光诱导化学气相沉积（LCVD）法是一种新型的金刚石表面覆膜技术。
该方法利用激光诱导气体发生化学反应，产生碳氢自由基或碳离子，并在基底表面沉积形成金刚石膜。
LCVD法具有较高的沉积速率和制备温度低等优点，但由于激光诱导过程中可能出现局部过热或光损伤，因此需要优化激光参数以获得高质量的金刚石膜。
五、应用金刚石表面覆膜技术在许多领域具有广泛的应用价值。
例如，在机械领域，金刚石膜可以作为超硬材料应用于刀具、磨料等产品中，提高其使用寿命和加工效率。
在光学领域，金刚石膜具有优异的透光性能和机械稳定性，可用作窗口材料或光电子器件的涂层材料。
此外，金刚石膜在电学、热学、生物学等领域也具有潜在的应用前景。
随着制备技术的不断发展和成本降低，金刚石表面覆膜技术的应用将更加广泛。
类金刚石碳薄膜的摩擦行为与机理研究文章标题：探讨类金刚石碳薄膜的摩擦行为与机理摘要：本文将深入探讨类金刚石碳薄膜的摩擦行为与机理研究，从实验数据和理论分析两方面展开讨论，帮助读者更全面地理解该主题，并对相关理论有更深刻的认识。
1. 介绍类金刚石碳薄膜是一种具有很高硬度和优异耐磨性能的材料，被广泛应用于工业领域。
在摩擦学研究中，类金刚石碳薄膜的摩擦特性备受关注。
本文将从摩擦行为和摩擦机理两个方面展开讨论。
2. 实验数据分析2.1 类金刚石碳薄膜的摩擦系数：实验结果表明，类金刚石碳薄膜具有较低的摩擦系数，这使其在工业应用中具有重要意义。
我们将分析不同条件下的摩擦系数变化，以探究其规律。
2.2 摩擦磨损特性：通过实验数据分析，我们可以发现类金刚石碳薄膜在不同载荷和速度下的摩擦磨损特性，探讨其磨损机理和规律。
3. 理论分析3.1 表面润滑理论：类金刚石碳薄膜的润滑性能对其摩擦行为起着重要作用。
我们将从分子动力学模拟等方面进行理论分析，探讨其表面润滑机理。
3.2 润滑膜形成机制：润滑膜是影响摩擦行为的重要因素之一，我们将结合实验数据和理论模型，探讨润滑膜的形成机制及其对摩擦性能的影响。
4. 总结与展望通过对类金刚石碳薄膜摩擦行为与机理的全面讨论，我们得出了一些重要的结论和认识。
也指出了目前研究中存在的不足和亟待解决的问题，展望未来的研究方向和发展趋势。
个人观点：在类金刚石碳薄膜摩擦行为与机理的研究中，我认为理论和实验的结合至关重要。
只有通过理论分析和实验数据的验证，我们才能深入理解其摩擦特性，并为工业应用提供更有效的指导和支持。
我也认为在未来的研究中，需要更加注重润滑膜的形成机制和作用，在实际应用中进一步优化类金刚石碳薄膜的摩擦性能。
结论：通过本文的探讨，我们对类金刚石碳薄膜的摩擦行为与机理有了更全面的认识。
在未来的研究中，我们将继续深入探讨该领域的相关问题，为相关工业领域的发展和应用提供更有效的支持。
以上是对你指定的主题的文章撰写，如有需要，还请查看并提出修改意见。
氟化类金刚石薄膜疏水性能研究的开题报告
一、选题背景和意义
金刚石具有硬度高、耐磨性强、化学稳定等特点，在工业制造领域广泛应用，但其表面易受到水、油等液体的粘附，导致表面污染，降低其表面性能，限制其应用范围。
因此，研究金刚石表面疏水性能的提高具有重要意义。
目前，氟化类化合物具有良好的疏水性能和化学稳定性，已被广泛应用于致密薄膜的制备，因此，研究氟化类金刚石薄膜的疏水性能对于提高其表面性能具有重要意义。
二、研究内容和方法
1. 研究目标：探究氟化类金刚石薄膜的疏水性能及其影响因素；
2. 研究内容：
（1）制备金刚石薄膜；
（2）采用CVD技术制备氟化类金刚石薄膜；
（3）研究氟化类金刚石薄膜在水、油等液体中的接触角及表面张力；
（4）研究不同氟化类金刚石薄膜表面形貌与疏水性能之间的关系；
（5）探究氟化类金刚石薄膜的化学稳定性。
3. 研究方法：
（1）采用化学气相沉积（CVD）技术制备金刚石薄膜；
（2）利用射频辉光放电等方法在金刚石薄膜表面分别沉积氟气、氟化氢等氟化类物质；
（3）采用接触角仪、表面张力仪等测试设备测定氟化类金刚石薄膜表面的接触角和表面张力；
（4）扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等表面分析仪器观察氟化类金刚石薄膜表面形貌；
（5）通过化学实验等方法探究氟化类金刚石薄膜的化学稳定性。
三、预期成果和意义
通过研究氟化类金刚石薄膜的疏水性能及其影响因素，可以深入了解其表面性能特点，为提高金刚石材料的应用性能提供理论基础和实验依据，并为制备具有优异性能的材料提供新思路和方法。
同时，该研究成果对于探索新型高性能涂料、生物医学材料等领域的开发具有重要意义。
类金刚石薄膜球盘法测试类金刚石薄膜的摩擦磨损性能1范围本文件为类金刚石（DLC）薄膜的摩擦系数和比磨损率的测定规定了流程并提供了指导。
该方法规定材料在干燥条件下，采用球对盘结构配副进行测试。
本文件不适用于DLC薄膜涂层的部件在润滑环境下的测试。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T1182，产品几何技术规范（GPS）—几何公差-形状、方向、位置和跳动公差（GB/T1182-2018，ISO1101，MOD）GB/T6062，产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法—接触（触针）式仪器的标称特性（GB/T 6062-2009，ISO3274，IDT）GB/T308.1，滚动轴承—球—第1部分：钢球（GB/T308.1-2013，ISO ISO3290-1，NEQ）GB/T308.2，滚动轴承—滚珠—第2部分：陶瓷滚珠（GB/T308.2-2010，ISO3290-2，IDT）ISO3611，产品几何技术规范（GPS）—尺寸测量设备：外部测量用千分尺-设计和计量特性GB/T10610，产品几何技术规范（GPS）—表面结构：轮廓法表面结构—术语，定义及参数（GB/T 10610-2009，ISO4287，IDT）ISO13385-1，产品几何技术规范（GPS）—尺寸测量设备—第1部分：卡尺；设计和计量特性ISO80000-1:2009，量和单位—第1部分：总则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
磨损Wear固体材料由于与一种或多种材料接触发生相对运动，其表面质量逐渐减少的过程。
磨损测试Wear Test滑动接触中材料摩擦磨损性能的评价方法。
球盘试验法Ball-on-disc Method在一定载荷下，将球形试样接触到旋转的圆盘试样上，从而产生滑动接触的磨损试验。
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，但在N2、C02和真空中的摩擦系数为~。在N2气氛中的摩擦系数最小，在大气环境中向实验区域吹氮气，也可将其摩擦系数降至。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，层与层之间由分子力结合，间距，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~，而石墨和金刚石的碳-碳原子的最近距离分别为和。 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： Armeyer等人实验发现在硅玻璃基片上沉积厚度为100nm
