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
类金刚石涂层ta-C沉积工艺
生而造成涂层表面较粗糙,由此 带来了电弧汽化工艺 的 负 面 效 应。 对于大多数的铣削和钻削应 用,粗糙表面并不损害刀具切削 性能。 但在一些应用场合,光滑 的表面质量可改善切削性能。 例 如,一家德国工具制造商报告了 用 HiPIMS ta-C 涂层刀具对低硅 铝和 高 硅 铝 进 行 攻 丝。 结 果 表 明,豪泽( Hauzer) 公司的涂层比 常规涂层性能更优,且扭矩更低。
通过圆形电弧 CARC+工艺涂覆 taC 涂层的立铣刀,其涂层具有典型的 彩虹色彩
Ta-C 涂层是一种无氢碳元 素涂层, 其 sp3 与 sp2 键的比值 较高。 与其他 DLC 涂层相比,ta -C 膜层具有更高的硬度和抗温 性能,并 可 显 著 降 低 摩 擦 系 数。 该涂层首次应用在汽车工业的挺 杆( 气 门 顶 筒), 并 一 直 应 用 至 今。
DLC 涂层通常由 sp3 与 sp2 键的比值和氢含量来分类。 当碳 元素通过 sp3 键结合,就会 形 成 金刚石;通过 sp2 键结合,就会形 成石墨。 当 sp3 与 sp2 键的比值 增大时,涂层的硬度通常会增加。
可在 DLC 涂层内加入钨( W -C 颐 H) 之类的金属 ( 此处 C 为 碳,H 为氢) ;还可以加入其他元 素如硅( Si -DLC) 来改变涂层的 摩擦系数或抗温性能。 一种已用 于切削刀具的复合涂层为高硬度 的氮化物涂层( 如 TiAlN) 加上较 软的、具有润滑功能的顶层涂层 ( 如 W -C 颐 H) 。 因为排屑的改 善,这种复合涂层在攻丝和钻削 应用中显示出优异的效果。 本文 将重点讨论一种被称作四面体非 晶碳( ta-C) 的 DLC 涂层。
高功率脉冲磁控溅射( HiPIMS) 工艺 利用碳靶来沉积 ta-C 涂层
CVD金刚石自支撑膜的力学性能
ｔｏ ｓ，ａ ｄ ｅ ｎｄ ｒ ｔｎ ｎ ｆｔ ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｂ ｈ ｖｏ ｆｔ ｅ ｆｅ ｓａ ｉ ｇ ｄ ａ ｎ ｉｍｓｈ ｓｂ ｃ ｍｅａ ｒ ｅ ｔｔ ｓ ｉｎ ｅ ｐ ｕ ｅ ｓａ ｄｉｇ ｏ ｈ ｃ ａ ｉ ａ ｅ ａ ｉ ｒｏ ｈ ｒ ｅ ｔｎｄ ｎ ｉｍｏ ｄ ｆｌ ａ ｅ ｏ ｎ ｕ ｇ ｎ ａ ｋ
ｓｒ ｎ ｔ ｎ ｒ ｃｕ ｅ ｔｕ ｈ ｅ ｓｏ ｈ ｅ ｓａ ｄｉ ｉｍ ｏ ｌ ｗｅ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｒｅ ｙ Ｔｙ ｃ ｌｄ ｔ ｒ ｒ ｓ ｎ ｔｅ ｇ ｈ ａ ｄ ｆａ ｔ ｒ ｏ ｇ ｎ ｓ ｆｔ ｅ ｆ ｅ ｔｎ ｎｇ ｄ ａ ｎｄ ｆ ｍ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｉｆ ． ｒ ｉ ｌ ｐｉａ ａ ａｗｅ ｅ ｐ ｅ ｅ — ｔ ｄ Ｓ ｇ ｅ ｔｏ ｓｉ ｈｅｉ ｅ ． ｕ ｇ ｓｉｎ ｎ ｔ ｍｐｒ ｖ ｍｅ ｔｏ ｃ ａ ｉａ ｒ ｐｅｔｅ ｎｄ ｍ ｏｅ ｓ ｆ ｎ ｆｉｉｎｔｉ ｅｏ ｈ ｓｋ ｎ ｆｎ ｗ ｎ ｏ ｅ ｎ ｆｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｐ ｏ ｒｉ ｓａ ｒ ａ ｅａ ｄ ｅｆｃｅ ｓ ｆｔ ｉ ｉ ｄ ｏ ｅ ｅ — ｌ
ｇ ｎ ｅ ｉ ｔｒａ ｒ ｉｃ ｓｅ ｉ ｅ ｒｎｇ ｍａ ｅｉ ｌｗｅ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ．
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ： ＣＶＤ ｆｅ —ｔｎｄ ｎ ｉ ｍｏ ｄ ｆ ｍ ； ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｐ ｏ ｅ ｔ ｆａ ｔ ｒ ｔｅ ｔ ｒａ ｔ ｒ ｏ ｇ ｅ ｓ ｅ ｓａ ｉ ｇ ｄ ａ ｎ ｉ ｒ ｌ ｃ ａ ｉ ａ ｒ ｐ ｒｙ； ｒ ｃｕ ｅ ｓｒｎｇｈ；ｆ ｃｕ ｅ ｔ ｕ ｈｎ ｓ
Ｍ ｅ ｈａ ｃ ｌＰｒ ｐｅ ｔｅ ｆ ＣＶＤ ｅ ｓ ａ ｄｉ ｇ Ｄｉ ｍ ｏ ｌ ｃ ｎｉ ａ ｏ ｒ ｉ ｓ ０ Ｆｒ ｅ ｔ ｎ ｎ ａ ｎｄ Ｆｉ ｍ
多弧离子镀DLC涂层的结构与力学性能文献综述
多弧离子镀DLC涂层的结构与力学性能文献综述1.1多弧离子镀概述1.1.1多弧离子镀概念多弧离子镀与一般的离子镀相比有很大区别。
多弧离子镀采用弧光放电，而不是传统离子镀的辉光放电以进行沉积。
简单说，多弧离子镀的原理就是将阴极靶作蒸发源，通过靶与阳极壳体之间的弧光放电，使靶材蒸发，从而在空间中形成等离子体，对基体进行沉积。
离子镀技术是结合了蒸发与溅射技术而发展的一种 PVD 技术。
它对产品，特别是刃具之类的工具表面起着装饰和提高寿命的作用。
多弧离子镀最早起源于苏联，美国于1980 年由 Multi-arc 公司引进，是上世纪 80 年代兴起的高新表面处理技术，Multi-arc 公司推广并使之实用化，它的发明使薄膜技术进入了一个崭新的阶段。
在随后的几十年的时间里，该技术有了突飞猛进的发展。
至今欧美国家仍然大力发展多弧离子镀膜技术。
[1]1.1.2多弧离子镀的基本结构多弧离子镀的基本组成包括真空镀膜室，阴极弧源，基片，负偏压电源，真空系统等。
阴极弧源是多弧离子镀的核心，它所产生的金属等离子体自动维持阴极和镀膜室之间的弧光放电。
微小狐班在阴极靶面迅速徘徊，狐班的电流密度很大，电压为20V左右。
由于微弧能量密度非常大，狐班发射金属蒸汽流的速度可达到10的8次方m/s.阴极靶本身既是蒸发源，又是离化源。
外加磁场可以改变阴极狐班在靶面的移动速度，并使狐班均匀，细化，以达到阴极靶面的均匀烧蚀，延长靶的使用寿命。
[1]在靶面前方附近形成的金属等离子体，有电子，正离子，液滴和中性金属蒸汽原子组成，由于金属蒸汽原子仅占很小部分（低于百分之二），因而在基片上沉积的粒子束流中几乎全部由粒子和液滴组成。
为了解释这种高度离化的过程，已建立了一种稳态的蒸发离化模型。
该模型认为，由于阴极狐班的能流密度非常大，在阴极的表面上形成微小熔池，这些微小熔池导致阴极靶材的剧烈蒸发。
热发射和场至发射共同导致电子发射，而且电子被阴极表面的强电场加速，以极高的速度飞离阴极表面，在大约一个均匀自由程之后，电子与中性原子碰撞，并使之离化，这个区域称之为离化区。
不同沉积气压对 MPCVD 法制备的类金刚石膜性能的影响
不同沉积气压对 MPCVD 法制备的类金刚石膜性能的影响周璐;汪建华;翁俊;孙祁【摘要】Diamond‐like carbon films were deposited by microwave plasma chemical vapor deposition ( M PCVD) method with glass as the base . Grow th of film was observed under different depositing pressure when ventilating with CH4 and H2 . The light transmittance , the qualities , and surface morphologies were characterized by photometer , Raman spectroscopy and field emission scanning electron microscopy . The results showed that as the deposition pressure increased gradually , visible light transmittance increased step by step , and the size of grain was decreased . In addition , diamond‐like carbon aggregates were smaller and surface roughness became better .%采用微波等离子体化学气相沉积法，以玻璃作为基底，通入 CH4和 H2，在改变沉积气压的条件下研究类金刚石（DLC）薄膜的生长情况。
再利用紫外–可见–近红外分光光度计、激光 Raman 光谱仪和场发射扫描电子显微镜分别对制备出的 DLC 薄膜的光透过率、质量以及表面形貌进行表征与分析。
液相沉积类金刚石膜的沉积机理研究
（） ５ （） ６
将 经过 抛光 、 超声 清洗 的钛 合金 片作 为 阴极 ， 石
墨为 阳极 ， 电极浸 于 甲醇 中 ， ２极间 施加一 定 的 将 在 直流 电压 ， 同时 开动磁 力搅 拌器 搅 动有机 电解液 ， 在 指定 温度下 开始 电解 沉 积 。沉 积 一 定 时 间后 ， 闭 关
目编 号 ；Ｋ２ ０ ４ ４ Ｂ ０ １ １
和 （ Ｈ键均为极性键 ， 外加强 电场的作用下 ， ） ～ 在 均可 因极化 而发 生异 裂ｌ 。反应 式 如下 ： ６ 】
ＣＨ ｏ— Ｈ
詹１
ＣＨ ＋ Ｈ Ｏ
．
（） １ （） ２
ＣＨ ＯＨ —— ＣＨ３＋ ＯＨ一 一 ＋
解释了实验条件对膜结构和性能的影响 。 关键词 ： 金刚石膜 ； 类 电化 学 ； 电 取代 亲
中图 分 类 号 ： ＴＱ１ ７ １ 文献 标 识 码 ： ２ ． Ａ 文章 编 号 ：０ ６— ９６ ２ ０ ） ２ ０ ９— ４ １０ ７ ０ （ ０ ６０ —０ ０ ０
类 金 刚 石 （ ｉ ｎ — ｋ ａｂ ｎ 简 称 Ｄ 膜 ｄａ ｍｏ ｄｌ ｅｃ ｒｏ ， ｉ Ｉ Ｃ）
一
甲醇 是极 性 有 机 液 体 ， 其化 学 性 质 主要 由它 所
含 的羟 基 （ ０Ｈ） 能 团所 决定 ］ 一 官 。在 甲醇 的化 学 反应中， 根据 键 的断裂 方式 ， 要有 氢氧 键断裂 和碳 主
氧 键断 裂 ２种不 同类 型 的反应 ， 据 不 同条 件 ， 根 ２种 断裂方 式发 生 的可 能性 也 不 一 样 。 甲醇 中 的 Ｃ Ｏ —
表面 发生 电极反 应 ， 反应式 如下 ：
Ｃ Ｉ ｅ Ｉ ＣＨ３・ Ｈｊ＋ ｌ ｌ
高导热金刚石膜表面金属化研究
的发生。
金刚石膜具有超硬耐磨 、 高绝缘高导热 、 高光学透过率等特性 ， 在 高新技术领域具有广 阔的应用前景 和市场Ｉ 利用金 刚石膜的超硬耐磨 １ 。 ｌ 性质用作各种切削工具和耐磨部件［ 利用它的高导热高绝缘性质 可用 ２ １ ， 作大功率半导体激光器 的热沉 ， 微波器件和集成电路 的散热和隔离板［ ３ １ ， 利用它的高光学透 过性可用作在恶劣环境 中使用 的光学窗 口［ 。 目 ４ １ 等 前， Ｖ Ｃ Ｄ金刚石膜在切削工具和热沉方 面的应用正处 于产业化 的前夜 ， 这些应用都需要几百微米至毫米量 级厚度 的金刚石膜 。这就要求制备 的金 刚石膜生 长速率 快 、 缺陷少 、 品质高 、 内应力小 ， 要求工艺稳定 ， 并 容易控制 ， 成品率高 。 在实际应用 中， 不论用 金刚石膜制作热沉还是刀具 ， 都必须与基底 形成很好 的结合 ； 另一 方面 ， 金刚石的表面能低 ， 与绝 大多数金属不浸 润， 焊接 十分 困难 ， 特别是 Ｃ ＶＤ金 刚石刀具焊接 ， 如果不 进行表 面改 性， 就难以形成牢 固焊接 ， 这就要求首先要对金 刚石膜进行表 面改性 。
我们采用直流热阴极 Ｐ Ｖ Ｃ Ｄ方法制备金刚石膜 ，其基本原理是利 用气体放 电使 反应气体 （ Ｃ｛和 Ｈ 的混合 物 ） 如 ｜ ４ 等离子体化 ， 分解 出 Ｃ、 Ｈ、 Ｈ 、 Ｈ 和 ｃ 等多种 含碳活性基 团及原子氢 ，从而在基 片表 Ｃ ｃ ＋Ｃ 面沉积出金刚石膜。 这种方法所使用装 置的原理结构如图 １所示 ，在真空反应室 中上 下分别放置用钼片等难熔金属制成的阴极和阳极 ，沉 积基 片置于阳极 上， 实验中 ， 在阴极和 阳极之 问施加直流偏 压 ， 利用偏压产生 的辉光放 电 在基 片 周 围 形 成等 离 子 体 ， 由通 过 阳 极 的 冷 却 水调 节 基 片 温度 ， 并 这 样基片上就可 以沉积 出结晶 良好的金刚石膜 。该方法 的特点是可 以方 便 地改变电极 结构 ， 基体的形状不受限制 ， 并且 等离子体区容易控制 ， 因而能够获得比较高的形核速率 和生长速率。
DLC_基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望
表面技术第53卷第8期DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望汤鑫1，王静静1*，李伟1，胡月1，鲁志斌2，张广安2（1.上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂，能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。
DLC 基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点，薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合，能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。
综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展，以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主，对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。
介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积，诱导转移膜形成，实现非公度接触）。
随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层，提高了结合力；2）软/硬的多层交替设计，可以抵抗应力松弛和裂纹偏转；3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化，形成高度有序的转移膜，从而实现非公度接触。
最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。
关键词：DLC基纳米多层膜；力学性能；摩擦学性能；摩擦机理；结构中图分类号：TH117.1；TH142.2文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0052-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.005Research Progress and Prospects on Tribological Propertiesof DLC Based Nano-multilayer FilmsTANG Xin1, WANG Jingjing1*, LI Wei1, HU Yue1, LU Zhibin2, ZHANG Guang'an2(1. School of Materials and Chemistry, Shanghai University of Technology, Shanghai 200093, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: Friction and wear can cause surface damage of materials, especially metal materials, and shorten the service life of work pieces. DLC (diamond-like carbon) is an amorphous carbon film composed of mixed structures, usually formed by the mixture of sp2 carbon and sp3 carbon. With high hardness, low friction coefficient, good chemical inertness and biocompatibility, DLC is a kind of film with great potential, which has a wide range of applications in mechanical, electrical, biomedical engineering and other fields. Its super-hard, wear-resistant and self-lubricating properties meet the technical requirements of the modern manufacturing industry. It is widely used as solid lubricant for the surfaces of contact parts that rub against each other.收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-10-12Received：2023-05-08；Revised：2023-10-12基金项目：中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放课题（LSL-2205）；上海高校青年教师培养资助计划Fund：Open Project of State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (LSL-2205); Shanghai University Youth Teacher Training Assistance Program引文格式：汤鑫, 王静静, 李伟, 等. DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 52-62.TANG Xin, WANG Jingjing, LI Wei, et al. Research Progress and Prospects on Tribological Properties of DLC Based Nano-multilayer Films[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 52-62.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期汤鑫，等：DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望·53·Compared with single-layer DLC films with single component, DLC based nano-multilayer films with alternating layers of two or more components can improve the mechanical and tribological properties better, which is due to that different layers in the nano-multilayer films have different combinations of physical and chemical properties. Therefore, it can be designed from many aspects (such as high temperature, hardness, lubrication, and corrosion) to improve the mechanical properties, tribological properties and corrosion resistance of the films. Usually, the nano-multilayer films have good impact resistance and plastic deformation resistance ability, which can effectively inhibit the formation and propagation of cracks, and have a good cycle service life under high load conditions.In this paper, DLC based nano-multilayer films were systematically reviewed, including metal/DLC based nano-multilayer films, metal nitride/DLC based nano-multilayer films, metal sulfide/DLC based nano-multilayer films and other DLC based nanolayer films. Firstly, the design background and concept of DLC multilayer thin films were elaborated. The design idea of multilayer films was to form a gradient mixing interface between multilayers to achieve gradient changes in composition and properties. This multilayer structure could produce unique structural effects, which could effectively reduce various stresses generated during the friction process, and significantly improved the adhesion strength between film and substrate and the overall elastic modulus of the film, which had important significance for the structure evolution of DLC based nano-multilayer films and the interface action mechanism. Then, the friction mechanisms were summarized. The main friction mechanisms of DLC multilayer films were concluded as follows: 1) The nanocrystalline/amorphous structure was formed, which improved the binding force between the layers and reduced the shear force and friction force; 2) The soft/hard multilayer alternating design resisted stress relaxation and crack deflection; 3) Under the action of pressure, the amorphous carbon layer was induced to forma two-dimensional layered structure to achieve incommensurate contact and effectively reduce friction and wear. Finally, thefuture development of DLC-based nano-multilayer films was forecasted. To improve the tribological properties of DLC composite films under extreme, varied and complex conditions, it is necessary to carry out researches from multiple perspectives: 1) Establishing a multi-material system, which combines doping and multilayer gradient design; 2) Regulating the crystal growth rate and increasing the deposition rate and density of the films by multi-technology co-preparation;3) Establishing a more scientific model to study the friction mechanism of DLC.KEY WORDS: DLC based nano-multilayer films; mechanical properties; tribological properties; friction mechanism; structure摩擦磨损现象广泛存在于机械零件的直接接触中，如机械传动、齿轮咬合。
CVD金刚石薄膜微区孪晶的研究
薄膜中的微区孪晶 。金刚石薄膜中存在大量孪晶 , 而且在薄膜生长过程中孪晶界比例逐渐增加 。存 在高阶孪晶转变现象 ,高频率孪晶会影响到薄膜的 织构 。
1 实验方法
选用直流电弧等离子体 CVD 方法制备的自支 撑金刚石薄膜 。沉积室中的气体为 CH4、H2 和 A r。 在沉积过程中三种气体的流量分别为 90 mL /m in、6 L /m in 和 4 L /m in, 薄 膜 衬 底 为 Mo, 衬 底 温 度 为 800℃,采用扫描电镜观测金刚石薄膜表面组织 ;使 用电子背散射衍射 ( EBSD )设备检测金刚石薄膜侧
因此在晶界分布图中可以观察到高阶孪晶转变现象金刚石薄膜生长过程中若存在明显生长优势的晶粒连续稳定地生长薄膜就会形成织构导致金刚石晶体取向发生变化孪晶发生频率较低对织构没有明显影响当孪晶发生频率较高时就会对织构产生明显影响在金刚石薄膜生长过程中每出现一次孪晶就会导致晶粒取向的一次转变高频率孪晶所导致的高阶孪晶会使孪晶取向多样化和漫
朱宏喜 1, 2 鱼敏英 3 刘玉亮 1, 2 王强松 1, 2
(河南科技大学材料科学与工程学院 1 ,洛阳 471003; 河南省有色金属材料科学与加工技术重点实验室 2 ,洛阳 471003;大庆职业学院机电工程系 3 , 大庆 163255)
摘 要 采用扫描电镜观察了金刚石薄膜的表面组织形貌 ,使用电子背散射衍射 ( EBSD )技术检测了金刚石薄膜中的微区孪 晶界分布 。从晶体取向的角度研究了孪晶对金刚石薄膜微观织构影响的机理 。结果表明 ,金刚石薄膜中存在大量孪晶 ,在薄 膜生长过程中孪晶界比例逐渐增加 。存在高阶孪晶转变现象 ,高频率孪晶会影响到薄膜的织构 。 关键词 金刚石薄膜 孪晶 电子背散射衍射 织构 取向
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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。
DLC膜具有和金刚石几乎一样的特性：高硬度、耐磨损、高表面光洁度、高电阻率、优良的场发射性能，高透光率及化学惰性等,它的产品广泛应用在机械、电子、光学和生物医学等各个领域。
DLC膜的沉积温度低、表面平滑，具有比金刚石膜更高的性价比,在相当广泛的领域内可以代替金刚石膜，自80年代以来一直是镀膜技术领域研究的热点。
制备DLC膜的主要方法有：离子束沉积法(ion beam deposition(IBD))、磁控溅射沉积法(magnetron sputtering deposition(MSD))、真空阴极弧沉积(cathodic vacuum arc deposition(CVAD))法、脉冲激光沉积法(pulsed laser deposition(PLD))、等离子体增强化学气相沉积法(plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD))等。
真空阴极弧沉积由于具有离化率高、沉积速率高、沉积离子能量高、膜基结合力好、沉积温度低、可通过在基体上加负偏压使沉积能量在大范围内可调节等优点,广泛应用于超硬膜的制备。
但是阴极弧放电剧烈, 不但产生高密度的等离子体,而且产生大量尺寸为0.1—10um的宏观粒子。
这些大颗粒镶嵌在薄膜或散布于薄膜表面,大大降低了薄膜的物化性能。
磁过滤真空阴极弧(Filtered Cathodic Vacuum Arc Deposition(FCVAD))是在真空阴极弧技术基础上发展起来的，通过磁过滤器后等离子体中的大颗粒及中性粒子将被滤除,只有离子能够沉积到基体上,从而克服了沉积过程中大颗粒对薄膜质量的损害，所制备的薄膜致密,性能优异。
常用的磁过滤器有直角弯管形和“S”形弯管。
等离子体通过这种磁过滤管道时,磁化的电子沿磁力线运动,而离子在等离子体内部电场作用下也将同电子一同沿磁力线运动,从而使等离子体通过过滤管道，其余的中性粒子及大颗粒将沉积到管道内壁上。
实际应用中，由于弯管内壁的弹射作用，仍将会有部分粒子能够通过弯管沉积到基体上，所以滤除效果也并不完全理想。
采用内壁加装挡板的“S”形弯管可以滤除所有中性粒子和大颗粒。
由于磁过滤器的引入使沉积离子所处的电场、磁场、电弧路径发生改变，加之石墨阴极弧斑在靶材表面移动的随机性（由于弧斑处电阻较其它地方为小，斑点趋向于停留在同一位置，石墨本身质地又较为疏松，从而导致石墨靶材表面烧蚀极不均匀），使得产生的等离子体流状态的随机性很大，由于DLC膜本身结构又较为复杂，所以采用真空阴极弧方法制备的DLC 膜虽然具有高硬度、高密度的优点，但在实际的制备过程中，即使采用相同的工艺参数，制得的DLC膜结构往往也会有所波动[1]。
2．实验方法实验装置为我院自行研制的直角弯管形磁过滤直流真空阴极弧沉积设备，装置示意图如图1所示。
1-石墨阴极2-触发针3-触发电极4-绝缘板5-阴极冷却水套6-观察窗7-冷却水套8-推弧线圈9-聚焦线圈10-磁过滤线圈11-直角弯管12-离子出口13-直流弧电源14-基体15-真空室图1 磁过滤直流真空阴极弧装置示意图Fig. 1 Schematic of FVCA实验采用纯度为99.99%的高纯石墨阴极靶，基体厚度为7mm的AISI 304不锈钢片（硬度为350HV（10gf）），高纯氩气作为本底气体。
沉积前，基体首先经过20min丙酮超声波清洗并用电吹风烘干，然后置于真空室中经过10min的Ar＋离子辉光溅射以进一步去除其表面的污物。
工艺的主要参数表1所示。
采用a－step500台阶仪测量所制得的DLC膜的厚度，BX51M系统金相显微镜（OLYMPUS）观察DLC膜的表面形貌，Labram HR800拉曼光谱仪（Jobin Yvon）测试膜的拉曼光谱，XSAM800（KRATOS）X射线光电子能谱仪测试膜的X射线光电子能谱，HXD-1000TMC/LCD显微硬度计（上海泰明光学仪器有限公司）测量膜的显微硬度，CJS111A型摩擦磨损试验机(哈工大应用技术所) 试验膜的摩擦磨损特性，使用HR-150A 型洛氏硬度计(上海材料实验机厂)测试膜基结合性能，用万用表粗测了膜的两点间电阻。
表1 磁过滤真空石墨靶阴极弧制备DLC膜工艺参数表Table 1 Process parameters of FCVA graphite target used for DLC films deposition基体本底真空（10-3Pa）弧流（A）氩气流量（sccm）基体直流偏压/ 电流（V/A）沉积压力（10-2Pa）沉积时间（min）基片距离d（cm）不锈钢片6.0 40.0 27.0 100/0.68.0 20.0 30.0 3．实验结果及讨论3．1 DLC膜的厚度测得DLC膜厚度为290nm。
3．2 DLC膜的表面形貌所制得的膜呈淡黄绿色光泽，1000倍显微镜下观察到的膜的表面形貌如图2所示。
由图可见，膜中仍然含有较多um级的石墨大颗粒。
图2 DLC膜的表面形貌Fig. 2 Surface morphology of DLC films3．3 DLC膜的拉曼光谱分析拉曼光谱是用于确定DLC膜精细键结构的常用方法，采用λ=514nm的可见光测试了膜的激光拉曼光谱，光谱如图3所示。
由图可见,Raman光谱在900cm-1～1900cm-1之间有一个倾斜宽散射峰,这通常被认为是DLC膜的特征峰型。
DLC膜的Raman 光谱可被分解为两个Gaussian峰：1571cm－1附近为石墨(G) 峰,是由DLC膜中sp2键结构的对称弹性振动造成的；1355cm-1附近为紊乱(D) 峰。
D峰的出现是由于石墨结构中sp2键角的紊乱,包括与sp3键相连的原子,也与由sp 2键组成的类石墨微区中长程有序的破坏有关[1]。
3．4 DLC 膜的XPS 光谱分析XPS 用于定量分析DLC 膜中的sp 3和sp 2键组分时方便快捷,对样品的损伤小。
分析测量中,C 的sp 3和sp 2包络在C 1s 峰中,其间隔较小,一般小于仪器的能量分辨率,因而需对所测得的C 1s 峰进行分峰拟合计算。
图4为DLC 膜的C 1S XPS 谱图，采用Xpspeakfit 对DLC 膜的C 1S 谱进行了Gaussian-Lorentzian 拟合分析，峰位为284.714eV 的峰面积为Isp 2=5636.979，峰位为285.7eV 的峰面积Isp 3=12387.42。
根据XPS 的组分测量公式, sp 3组分浓度332312387.42100%100%68.73%5636.97912387.42sp sp sp sp I n I I =⨯=⨯=++ 考虑到由于薄膜中含有较多um 级的石墨大颗粒，因而实际DLC 膜中的sp 3键含量可能会比这要高一些[2]。
3．5 DLC 膜的显微硬度Vickers 压头载荷10g ，保荷10s ，测得DLC 膜的硬度为445HV 、压痕对角线长为7.0um 。
因膜厚只有290nm ，所以测得的实际上为膜基复合硬度。
为从复合硬度中分离出薄膜的真实硬度，目前普遍采用Jonsson-Hogmark 模型计算DLC 薄膜的硬度，模型的硬度计算公式为：图3 DLC 膜的514nm 可见光Raman 光谱Fig. 3 514 nm V-Raman spectra of DLC films图4 DLC 膜的XPS 光谱Gaussian-Lorentzian 拟合图Fig. 4 Gaussian-Lorentzian fitness curves of DLC films XPS2222c sf s H H H H ct c t D D-=+- 式中：H f 为膜的真实硬度；H s 为基材的硬度；H c 为膜基复合硬度；t 为膜厚；D 为压痕深度(≈d/7，d 为压痕对角线长度)；c 为常数，当薄膜硬度高于基材硬度时，c=2sin 211°。