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
光 辐 照
２ 激 光 损 伤 阈 值 测 量 方 法
２ １ 激 光 损 伤 的 检 测 ．
中图分类号 ： Ｔ ５ Ｇ１５
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 （ Ｉ Ｌ ＤＴ） 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
［ ｂｔ ｃ］ Ｏ ｊ ｔ ｅ Ｔｉ ｉｍ ｍ ｋ ｓ ｏ ｉｐｌ ｓｒ ｅｉｅｔＰ Ｄ）ｍ ｔ ｄ ａ ｍ ｎａ ｗ ｒ ｈａ Ａ ｓ ａｔ ｒ ｂｅ ｉ ：ｈｓ ｔ ａｅｕｅ ｆ ｍ ｕｓ ｌ ｅ ｓｄ ｎ（ Ｌ ｃｖ ｅ ｅａ ｍ ｅ ｏ ｔ ａｕｌ ｏｋ ｅｒ ｈ ｔ
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 Ｄ Ｃ 薄
类金刚石薄膜制备及其结构和抗凝血研究
第２ ５卷 第 ３期
２０ ０ ８年 ７月
深圳 大学 学 报 理 工 版
Ｊ ＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｓ Ｏ ＨＥＮ ＨＥ Ｚ Ｎ ＵＮＩ ＲＳＴ Ｓ Ｉ ＣＥ ＡＮＤ Ｅ ＶＥ ＩＹ Ｃ ＥＮ ＮＧＩ Ｅ ＮＧ ＮＥ ＲＩ
Ｖ０ ． ５ １ ２ Ｎｏ ．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 ：Ｔ ３ １ Ｂ４ ；Ｒ ３ ８ 文献标 识码 ：Ａ
类 金 刚 石 薄 膜 （ ｉ ｏ ｄ１ ｅ ｃｒｏ ｌ ｓ ｄ ｍ ｎ ．ｋ ａｂ ｎ ｆｍ ， ａ ｉ ｉ
度 、表面功函数和生物相容性均有重要影响＿ ．因 ３ Ｊ 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
１ １ 样 品制 备 ．
沉积条件相互独立 ，易于控制等优点＿ ．作为生物 ２ Ｊ
材料 涂 层 ，类 金 刚石 薄 膜 ｓ Ｃ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
ｉ ｅｅｉ ｅｔ ａｅ ． ｈ ｅｕｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｈ ｔｌ ｏ ｔｎ Ｌ ｌ ａ ｅｍｏ ｉｅ ｆ ｃｅ ｔ ｙｊｓ ｃ ａ ｇｎ ｆｍｓｗ ｒ ｖ ｓ ｇ ｔｄ Ｔ ｅｒｓｌ ｈ ｗ ｔａ ｅｍｅａ ｃｎｅ ｔ ｎ Ｄ Ｃ ｆｍｓｃ ｎｂ ｄｆ ｄｅｆ ｉｎｌ ｂ ｕ ｔ ｈ ｎ ｉｇ ｌ ｎ ｉ ｓ ｔ ｉ ｉ ｉ ｉ ｙ
ｉ ｆ ｍｓ Ｔｈ ｆｅ ｔ ｆｓ ｕ ｔｒｎ ｕ ｒ ｎ ｎ ｔｅ Ｃｕ ｃ ｎ ｅ ｔ ｓ ｒａ ｅ ｍｏｐ ｏｏ ｙ， ｔｕ ｔｒ ｎ ｃ ａ ｉａ ｒ ｐ ｒｉｓ ｏ ｈ ｌ ． ｅ ｅｆｃｓ ｏ ｐ ｔｅｉｇ ｃ ｒｅ ｔｏ ｈ ｏ ｔｎ ， ｕ ｆ ｅ ｒ ｈ ｌｇ ｓｒ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｍｅ ｈ ｎｃ ｌｐ ｏ ｅｔｅ ｆｔ ｅ
ｈ ｒ ｎ ｓ ｎ ａ ｅ ｉｔｎ ｅ ｏ — Ｃ ｌ ｒ ｅ ｒ ａ ｅ ｅ ａ ｓ ｆｔｅ ｉ ｃ ｒ ｏａｉｎ ｏ ａｄ ｅ ｓａ ｄ ｗｅ ｒｒ ｓｓａ ｃ ｆＣｕ ＤＬ ｆ ｍｓ ａｅ ｄ ｃｅ ｓ ｄ ｂ ｃ ｕ ｅ ｏ ｈ ｎ ｏ ｒｔｏ ｆＣｕ． ｗｅ ｅ ， ｕ— Ｃ ｆ ｍｓ ｉ ｐ Ｈｏ ｖ ｒ Ｃ ＤＬ ｌ ｉ
２１ ０ ２年 ４月
润滑 与密封
ＬＵＢቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＩ ＣＡＴ ＯＮ Ｉ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ａｐ ． ０１ ｒ２ ２
Ｖｏ ＿ ７ Ｎｏ ４ ｌ３ ．
第３ ７卷 第 ４期
ＤＯＩ ０ ３ ６ ／．ｓｎ ０ ５ ：１ ． ９ ９ ｊ ｉ ． ２ ４—０ ５ ． ０ ２ ０ ． ３ ｓ １０ ２ １ ． ４ ０１
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 ；Ｃ ｕ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
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 Ａｍｏ ｔｎ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 ２ ２ １ ； ． １ ０ ３ ２ 江苏 技术 师范 学 院 ， 苏 常州 ２ ３ ０ ； 江 １０ １ ３ 江苏 工业 学 院 低 维材 料微 纳器 件 与系统 研究 中心 ， 苏 常州 ２ ３ ６ ； ． 江 １ １ ４
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 （ ｉｍｏ ｄｌ ｅｃｒ ｏ ， 称 ＤＬ ）膜 ｄａ ｎ — ｋ ａｂ ｎ 简 ｉ Ｃ
利用 Ｄ 公 司 的 扫 描 探 针 显 微 镜 （ Ｐ ） Ｉ Ｓ Ｍ 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。
类金刚石薄膜 球盘法测试类金刚石薄膜的摩擦磨损性能-最新国标
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。
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。