类金刚石薄膜及研究

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

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。

激光辐照对类金刚石薄膜改性及损伤研究

有待进一步研究的问题。关键词：类金刚石；光损伤阈值；光损伤机理；激激激
光辐照
２激光损伤阈值测量方法
２１激光损伤的检测．
中图分类号：Ｔ５Ｇ１５
文献标识码：Ａ
光学元件的激光损伤是指由于激光的作用使元件
各种优点于一身：度最高，导率最高，所有酸碱硬热抗
及溶剂的腐蚀，对可见光和整个红外波段几乎透明，并且激光损伤阈值高。但是金刚石制备工艺复杂，成本
高，效率低，面粗糙度高，表沉积温度高，大尺寸难以制备。
形成共价键，构成正四面体。这样的特殊结构使其集
鉴于光学元件本身的不均匀性和激光束输出特性的起伏等原因，伤的发生具有一定概率。目前通用损的是零损伤阈值，定义为可引起光学表面损伤几率其为零的最大激光束能量密度或功率密度。研究发现，激光损伤阈值（ＩＬＤＴ）量测试结果的不准确性导致定了不同实验室之间损伤阈值测试结果的可比性很差，另外激光损伤是一个较为复杂的问题，光器不同，激激光参数不同，伤阈值也不同，损为统一激光损伤阈值的
摘要：介绍了激光损伤的检测及损伤阈值的测量
方法。讨论激光辐照对类金刚石结构和性质的影响规

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

组织工程化类金刚石膜复合材料与人血管内皮细胞相容性的研究

ｖｓｌａｎｏｈｌａｅｌｂｏｏａｉｉｔａｕｅｉｉｏｉｒｅｏａｐｙｔｅｔｓｅｅｇｎｅｎｔｏｏｃｎｔｃａｃｌｒｅｄｔｅｉｌｃｌｉｃｍｐｔｌｙｎｔｒｎｖｔ，ｎｏｄｒｔｐｌｈｉｕｎｉｅｒｇｍｅｈｄｔｏｓｒｔｌｂｉｒｓｉｕｔｓｕｎｉｅｒｎｎａｒａｎｔｍｅｔｖｌｅｍａｅａｎｒｖｄｈｒｕｄｒｉｓｅｅｇｎｅｇｍａｕｌｗｏｋｈｅｆｉｓｒｉｌｕｎａｖｔｒｌａｄｐｏｉｅｔｅｅｎｅ．ＭｅｈｏＨｕｎｔｅｖｓｕａｉｔｄ：ｍａｈａｃｌｒｅｄｔｅｉｌｃｌｗｉＤＬＣｆｍｏｌｘｍａｅａｏｌｘｃｌｖｔｃｒｙｈｏｇｒｈｌｇｃｌｆｎｔｎｍｅｓｒｔｎｏｈｌｅｌｔａｈｌｃｍｐｅｔｒｌｃｍｐｅｕｔａｅ，ａｒｔｒｕｈｍｏｐｏｏｉａｕｃｉｎｕａｅ，ｉｉｉｏ
［ｂｔｃ］ＯｊｔｅＴｉｉｍｍｋｓｏｉｐｌｓｒｅｉｅｔＰＤ）ｍｔｄａｍｎａｗｒｈａＡｓａｔｒｂｅｉ：ｈｓｔａｅｕｅｆｍｕｓｌｅｓｄｎ（Ｌｃｖｅｅａｍｅｏｔａｕｌｏｋｅｒｈｔ
基础研究
组织工程化类金刚石膜复合材料与人血管
内皮细胞相容性的研究＊
程光存严中亚罗乐方晓东沙自明陈怀兵韦小永
［要］目的：用脉冲激光沉积（Ｌ）法在人工心脏机械瓣膜上沉积纳米相类金刚石（Ｌ）摘利ＰＤ方ＤＣ薄

类金刚石薄膜制备及其结构和抗凝血研究

维普资讯
第２５卷第３期
２００８年７月
深圳大学学报理工版
ＪＵＲＮＡＬＯＦＳＯＨＥＮＨＥＺＮＵＮＩＲＳＴＳＩＣＥＡＮＤＥＶＥＩＹＣＥＮＮＧＩＥＮＧＮＥＲＩ
Ｖ０．５１２Ｎｏ．３
的ｓ键成分影响其抗凝血性能，ｓ键成分越高，其抗凝血性能越好．ｐ
关键词：类金刚石薄膜；脉冲激光沉积；生物材料；生物相容性；拉曼光谱
中图分类号：Ｔ３１Ｂ４；Ｒ３８文献标识码：Ａ
类金刚石薄膜（ｉｏｄ１ｅｃｒｏｌｓｄｍｎ．ｋａｂｎｆｍ，ａｉｉ
度、表面功函数和生物相容性均有重要影响＿．因３Ｊ此研究沉积条件对类金刚石薄膜结构和抗凝血性能
的影响，对开发新型生物材料和提高材料抗凝血性
能具有重要意义．
椭圆偏振测量是利用光的偏振特性，测定光与
样品相互作用（包括反射、透射或散射等）后偏振
进行血液相容性评估，实验周期较长．本文采用生物材料抗凝血评价通用的血小板黏附实验研究类金
刚石薄膜的抗凝血性能．
１实验
１１样品制备．
沉积条件相互独立，易于控制等优点＿．作为生物２Ｊ
材料涂层，类金刚石薄膜ｓＣ含量对其表面粗糙ｐ
谱，研究脉冲重复频率对脉冲激光沉积类金刚石薄膜键结构及光学性质的影响．材料的血液相容性涉

ECR结合中频磁控溅射制备掺Cu类金刚石膜工艺及性能研究

ｉｅｅｉｅｔａｅ．ｈｅｕｔｓｏｈｔｈｔｌｏｔｎＬｌａｅｍｏｉｅｆｃｅｔｙｊｓｃａｇｎｆｍｓｗｒｖｓｇｔｄＴｅｒｓｌｈｗｔａｅｍｅａｃｎｅｔｎＤＣｆｍｓｃｎｂｄｆｄｅｆｉｎｌｂｕｔｈｎｉｇｌｎｉｓｔｉｉｉｉｙ
ｉｆｍｓＴｈｆｅｔｆｓｕｔｒｎｕｒｎｎｔｅＣｕｃｎｅｔｓｒａｅｍｏｐｏｏｙ，ｔｕｔｒｎｃａｉａｒｐｒｉｓｏｈｌ．ｅｅｆｃｓｏｐｔｅｉｇｃｒｅｔｏｈｏｔｎ，ｕｆｅｒｈｌｇｓｒｃｕｅａｄｍｅｈｎｃｌｐｏｅｔｅｆｔｅ
ｈｒｎｓｎａｅｉｔｎｅｏ — ＣｌｒｅｒａｅｅａｓｆｔｅｉｃｒｏａｉｎｏａｄｅｓａｄｗｅｒｒｓｓａｃｆＣｕＤＬｆｍｓａｅｄｃｅｓｄｂｃｕｅｏｈｎｏｒｔｏｆＣｕ．ｗｅｅ，ｕ— ＣｆｍｓｉｐＨｏｖｒＣＤＬｌｉ
２１０２年４月
润滑与密封
ＬＵＢቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＩＣＡＴＯＮＩＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ａｐ．０１ｒ２２
Ｖｏ＿７Ｎｏ４ｌ３．
第３７卷第４期
ＤＯＩ０３６／．ｓｎ０５：１．９９ｊｉ．２４—０５．０２０．３ｓ１０２１．４０１
有效地控制类金刚石膜中金属含量，拉曼光谱显示，制备的薄膜为典型的类金刚石薄膜结构；Ｃｕ的掺人使得类金刚石膜的硬度和耐磨损性能下降，但在一定溅射电流下可得到薄膜结构及机械性能均较好的掺ｃ类金刚石膜。ｕ

硅掺杂类金刚石薄膜微米尺度摩擦性能研究

４常州市新能源工程重点实验室，．江苏常州２３６）１１４
摘要：采用微米级别的ＡＦ球头探针对硅掺杂Ｍ
类金刚石薄膜进行了摩擦实验。研究了微米尺度下，外加载荷和扫描速率对薄膜摩擦性能的影响。考虑粘附的影响，出了适用于微观低栽荷接触摩擦力表征提的修正Ａｍｏｔｎ公式。分析了摩擦系数与表面形貌ｎｏ
刘翊等；掺杂类金刚石薄膜微米尺度摩擦性能研究硅
硅掺杂类金刚石薄膜微米尺度摩擦性能研究
刘翊范真ｈ，，丁建宁。凌智勇程广贵蒋楠楠 ”，，，
（．１江苏大学微纳米科学技术研究中心，江苏镇江２２１；．１０３２江苏技术师范学院，苏常州２３０；江１０１３江苏工业学院低维材料微纳器件与系统研究中心，苏常州２３６；．江１１４
掺硅硅源，过调整硅靶的溅射偏压，变硅的掺杂通改
模型，并推导出了摩擦力，关于载荷参数（）形貌户和
参数（）的函数表达式厂，，明单位面积接触粗（）表糙峰密度对摩擦力大小起着主导作用。所建接触模型
类金刚石碳（ｉｍｏｄｌｅｃｒｏ，称ＤＬ）膜ｄａｎ — ｋａｂｎ简ｉＣ
利用Ｄ公司的扫描探针显微镜（Ｐ）ＩＳＭ的接触

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。