超硬材料薄膜涂层研究进展及应用
金刚石薄膜的应用
金刚石薄膜的应用
金刚石薄膜被应用在众多的领域上：
①在药瓶内镀上金刚石薄膜，可以避免药品在瓶内起反应，延长药品的保全寿命；
②可作为计算机硬盘的保护层。
目前的计算机硬盘，磁头在不用时要移到硬盘旁边的位置上，如果硬盘包有金刚石薄膜，则磁头可以始终放在硬盘上，这样就提高了效率；
③在切割工具上镀上金刚石薄膜，可以使工具在很长时间内保持锋利；
④用于制造带有极薄金刚石谐振器的扬声器；
⑤涂于计算机集成电路块，能抗辐射损坏，而一般硅集成块却易受辐射损坏。
它能将工作时产生的热迅速散发掉，使集成块能排列得更紧凑些；
⑥用于分析X射线光谱的仪器，透过X射线的性能较别的材料好。
功能性涂层材料的制备与应用研究
功能性涂层材料的制备与应用研究随着科技的不断发展，功能性涂层材料的制备与应用研究成为研究者们的热点领域。
功能性涂层材料是一种能够赋予被覆物特殊功能的材料，广泛应用于航空航天、汽车制造、能源领域等多个行业。
本文将探讨功能性涂层材料制备的常见方法以及其在各领域中的应用。
一、功能性涂层材料的制备方法1. 物理气相沉积法物理气相沉积法是一种通过物理手段，在高真空条件下将源材料转化为蒸汽或离子，并在被覆物表面沉积形成功能涂层的方法。
常见的物理气相沉积方法有磁控溅射、激光熔覆等。
磁控溅射是一种利用高能量离子轰击固体靶材，使其溅射形成涂层的方法。
这种方法制备的功能性涂层具有优异的耐热性和耐腐蚀性。
2. 化学气相沉积法化学气相沉积法是利用源材料的化学反应，在高温下形成具有特殊功能的涂层的方法。
常见的化学气相沉积方法有化学气相沉积、分子束外延等。
化学气相沉积是利用有机金属化合物在高温条件下分解，形成金属蒸气，然后在被覆物表面发生化学反应形成涂层。
这种方法制备的功能性涂层具有良好的附着力和较高的纯度。
二、功能性涂层材料的应用领域1. 航空航天领域在航空航天领域，功能性涂层材料被广泛应用于飞行器的表面保护和性能改善。
例如，利用特殊涂层可以提高飞行器在大气层中的耐磨性和耐高温性能，减少空气动力学阻力，提高燃料利用率。
2. 汽车制造领域在汽车制造领域，功能性涂层材料可以应用于汽车外观装饰、防腐蚀、抗划伤等方面。
例如，采用纳米涂料可以增强车身的硬度，提高车身的耐磨性和耐腐蚀性，延长汽车的使用寿命。
3. 能源领域在能源领域，功能性涂层材料可用于提高能源设备的传热效率、降低能源消耗。
例如，利用特殊涂层可以提高太阳能电池的吸收能力，提高光电转化效率。
三、功能性涂层材料的未来发展方向功能性涂层材料的研究与应用将继续向着更高性能、更多功能、更环保的方向发展。
未来的研究方向包括：1. 开发新型涂层材料随着材料科学的不断进步，研究人员将不断开发出新的涂层材料，以满足不同领域的需求。
中国超硬材料的发展探究
值Ｒ ａ介 于 Ｏ ． ２ ｕ ｍ ～０ ． ０ １ ｕ ｍ 的加 工技 术 。
３ ． ２ 切 削加 工技 术 切 削加 工 技 术具 有 加 工形 状 非 常精 确 ， 加 工效 率 较 高 等 特
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征。不过 ， 切削加工技术对机床的精度提 出很大的挑战。超硬
材 料 切削 加 工技 术 的 发展 ， 主要 表 现 在刀 具 材料 和 现代 切 削 技 术 的进 步 。 ３ － ２ ｌ １ 刀具 材料 及其 发展
２ 国产两面钻的迅速崛起
目前 ， 世 界上 许 多 国 家为 使 得超 硬 材料 的合 成 更好 地 利 用 高温 高 压 技 术 ， 其采 用 的 设备 有 很 多 ， 其 中较 为 典 型 的 主要 有 两 面钻 、六 面钻 等 。两 面 钻式 的金 刚石 专 用压 机 的 高 程 冲压 比 较合 理 ， 压 力性 能 稳定 ， 重 复合 成 性 较好 。所 以 ， 它 能 够使 得 合成 腔 体 内的温 度 和压 力 场 保 持不 变 ， 在 合 成 高 品级 和 高性 能
类金刚石薄膜的性能与应用
教科前沿知识道座论文之阳早格格创做类金刚刚石薄膜的本能与应用纲要：类金刚刚石膜(Diamond-likeCarbon)简称DLC，是一类本量类似于金刚刚石如具备下硬度、下电阻率、耐腐蚀、劣良的光教本能等，共时其又具备自己特殊摩揩教个性的非晶碳膜.动做功能薄膜战呵护薄膜，其广大应用于板滞、电子、光教、医教、航天等范畴中.类金刚刚石膜制备要收比较简朴，易真止工业化，具备广大的应用前景.闭键词汇：超硬资料类金刚刚石薄膜制备局里重积表面工程技能弁止磨益是工程界资料功能做废的主要形式之一，由此制成的资材、能源的浪费战经济益坏可用“巨大”去表示.然而，磨益是爆收于板滞设备整部件表面的资料流逝历程，虽然不可预防，然而若采与得力步伐，不妨普及机件的耐磨性.资料表面工程主假如利用百般表面改性技能，给予基体资料自己所不具备的特殊的力教、物理或者化教本能，如下硬度、矮摩揩系数、劣良的化教及下温宁静性、理念的概括板滞本能及劣同的摩揩教本能，进而使整部件表面体系正在技能指标、稳当性、寿命战经济性等圆里赢得最好效验.硬量薄膜涂层果能缩小工件的摩揩战磨益，灵验普及表面硬度、韧性、耐磨性战下温宁静性，大幅度普及涂层产品的使用寿命，而广大应用于板滞制制、汽车工业、纺织工业、天量钻探、模具工业、航空航天等范畴.一、超硬薄膜资料随着资料科教战新颖涂层技能的死少，应用超硬资料涂层技能革新整部件表面的板滞本能战摩揩教本能是21世纪表面工程范畴要害的钻研目标之一.超硬薄膜是指维氏硬度正在40GPa以上的硬量薄膜.到姑且为止，主要有以下几种超硬薄膜:1 金刚刚石薄膜金刚刚石薄膜的硬度为50~100GPa(与晶体与背有闭)，从20世纪80年代初启初，背去受到天下各国的广大重视，并曾于20世纪80年代中叶至90年代终产死了一个寰球范畴的钻研热潮.金刚刚石膜所具备的最下硬度、最下热导率、极矮摩揩系数、很下的板滞强度战劣良化教宁静性的劣同本能推拢使其成为最理念的工具战工具涂层资料.金刚刚石薄膜正在摩揩教范畴应用的超过问题，便是正在载荷条件下薄膜与基体之间的粘附强度以及薄膜自己的细糙度问题，姑且，己经有针对付性天启展了洪量的钻研处事.随着钻研处事的不竭深进，金刚刚石薄膜将会为所有人类社会戴去巨大的经济效用.2 坐圆氮化硼(c-BN)薄膜坐圆氮化硼(c-BN)薄膜的硬度为50~80GPa，它具备与金刚刚石相类似的晶体结构，其物理本能也与金刚刚石格中相似.与金刚刚石相比，c-BN的隐著便宜是具备劣良的热宁静性战化教宁静性，适用于动做超硬刀具涂层，特天是用于加工铁基合金的刀具涂层.3 碳氮膜碳氮膜是新近启垦的超硬薄膜资料，表里预测它具备达到战超出金刚刚石的硬度.已有的钻研标明CNx薄膜的硬度可下达72GPa，可与DLc相比较.共时CNx薄膜具备格中特殊的摩揩磨益个性.正在气氛中，CNx薄膜的摩揩系数为0.2-0.4，然而正在N2、C02战真空中的摩揩系数为0.01~0.1.正在N2气氛中的摩揩系数最小(0.01)，正在大气环境中背真验天区吹氮气，也可将其摩揩系数落至0.017.果此，CNx薄膜有视正在摩揩磨益范畴赢得本量应用.4 类金刚刚石薄膜类金刚刚石膜(DLC)是一大类正在本量上战金刚刚石类似，具备sp2战sp3杂化的碳本子空间搜集结构的非晶碳膜.与组分相闭的硬度可从20GPa变更至80GPa.类金刚刚石碳膜动做新式的硬量薄膜资料具备一系列劣同的本能，如下硬度、下耐磨性、下热导率、下电阻率、劣良的光教透明性、化教惰性等，可广大用于板滞、电子、光教、热教、声教、医教等范畴，具备劣良的应用前景.DLC的主要缺面是：(a)内应力很大，果此薄膜薄度受到节制，普遍只可达到1um~2um以下；(b)热宁静性较好，含氢的a:C-H薄膜中的氢正在400℃安排便会渐渐劳出，sp2键减少，sp3键落矮，正在约莫500℃以上便会转化成石朱.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，那种结构不妨灵验天安排薄膜中的位错战缺陷及其疏通，进而赢得下硬度、下模量等本能，近期有闭多层膜的钻研报导较多，其中以金属/氮化物(碳化物，硼化物等)多层膜战氮化物/氮化物多层膜的钻研居多.迩去，纳米晶粒复合的TIN/SINx薄膜资料的硬度达到了创记录的105GPa，不妨道真足达到了金刚刚石的硬度.以纳米薄度薄膜接替重积赢得的纳米复合多层膜的硬度与每层薄膜的薄度(调制周期)有闭，有大概下于每一种组分的硬度.纳米复合多层膜不然而硬度很下，而且涂层的韧性战抗裂纹扩展本收得到了隐著革新，摩揩系数也较小，果此是理念的工模具涂层资料.它的出现背金刚刚石动做最硬资料的职位提出了宽峻的挑拨，共时正在经济性上也有格中明隐的劣势，果此具备非常好的商场前景.然而是，由于一些技能问题还不得到办理，姑且姑且还已正在工业上得到广大应用.二、类金刚刚石薄膜简介类金刚刚石(Diamond-like Carbon，简称DLC)资料是碳的非晶亚稳态结构存留形式之一，是人为合成的含有sp3战sp2键碳混杂的非晶亚稳态结构.迄今为止，人们创制的由杂碳组成的晶体有3种：金刚刚石、石朱战迩去被创制并引起广大闭注的具备笼状结构的布基球战布基碳管.结构分歧制成三者的本量表示出较大的好别.石朱中的碳本子通过sp2杂化产死3个共价σ键，并与其余碳本子对接成六元环形的蜂窝仄里层状结构.正在层中碳本子的配位数为3，其余每个碳本子另有一个笔曲于层仄里的p轨道电子，它们互相仄止，产死离域π电子而贯脱于齐层中，层中每二个相邻碳本子间的键少0.142nm，层与层之间由分子力分离，间距0.34nm，近大于C-C键少，所以石朱有劣良的导电、导热战润滑个性；金刚刚石中每个碳本子举止sp3杂化产死4个σ键，形成正四周体，是典型的本子晶体，有硬度大、熔面下的个性，并具备劣良的光教、声教、热教战电教个性.而含有sp3战sp2键碳混杂的非晶DLC，具备石朱战金刚刚石所公有的本能：硬度大、熔面下、劣良的导热、润滑个性，共时具备劣良的光教、声教、热教战电教个性.紫中-可睹光推曼光谱(UVRS)尝试标明DLC 薄膜真真具备石朱战金刚刚石混同结构.天然战人制金刚刚石晶体的Raman光谱峰位为1332cm-1的单峰，石朱晶体的Raman光谱峰位为1575cm-1，多晶石朱除1575cm-1峰中另有一个峰位于1355cm-1.1355cm-1峰的强度决断于样品中无机碳的含量及石朱晶粒的大小.而DLC薄膜不然而则有一个正在1560cm-1很强而且半下宽度很小的峰位，另有一个正在1350cm-1~0.152nm，而石朱战金刚刚石的碳-碳本子的迩去距离分别为0.142战0.154nm.由于DLC薄膜制备要收(如PVD、CVD、PCVD等)战采与碳本子的载体(如百般碳烷气、石朱等)分歧，所死成薄膜的碳本子键合办法(C-H，C-C)与碳本子之间的键合办法(有sp2战sp3)及百般键合办法的比率也分歧.果此DLC薄膜可分为非晶碳膜战含氢非晶碳膜.而非晶碳膜的身分、结构、本能也出进较大，然而共共面是空间结构上少程无序而短程有序、由洪量sp3战少量sp2碳本子键合的一种网状碳结构.钻研标明，DLC薄膜的本量与连绝的、无准则的sp3骨架的排列及sp3/sp2的比率等皆有闭，DLC膜的物理、化教、力教战电子教等本能由其结构决断.三、类金刚刚石薄膜的制备DLC薄膜的制备要收分为物理物理气相重积(PVD)战化教气相重积(CVD)二大类.正在此前提上，姑且己经死少出鉴于物理物理气相重积战化教气相重积以及二者分离的多种DLC薄膜制备要收.PVD要收主要有:离子束辅帮重积法，溅射重积法，离子束重积法，真空阳极电弧重积法等.CVD要收主要有:曲流辉光搁电等离子体化教气相重积法、射频辉光搁电等离子体化教气相重积法、电子回旋共振化教气相重积法、脉冲激光重积法等.与其余要收相比，磁过滤阳极真空弧重积要收具备阳极资料离化率下、重积离子能量可大范畴安排、重积温度矮及重积速率下等便宜，被道明是制备下硬度涂层的非常特出的要收之一，正在近十年去得到广大钻研.进步的镀膜技能为重积超硬薄膜提供了技能包管，完备的镀膜设备功能是包管超硬薄膜资料品量的前提.超硬薄膜资料是资料科教与工程中振奋死少的范畴，惟有正在本量中得到应用才搞巩固它的死命力.四、类金刚刚石膜的应用类金刚刚石薄膜具备较下的硬度，化教惰性，矮摩揩系数，劣同的耐磨性，表里电阻下，正在可睹光区的透射率下.类金刚刚石膜动做呵护膜已经使用到许多范畴：光教窗心、磁盘战微机电系统（MEMS）等，简曲的应用如下：1板滞范畴的应用由于其具备下的硬度、矮摩揩系数（更加是正在超下真空条件下）以及劣良的导热性，不妨使板滞整件正在不热却战润滑的情况下运止，而不至于引导过下的温度，果此动做耐磨涂层正在摩揩教范畴具备巨大的应用前景.类金刚刚石膜动做耐磨硬量膜正在太空中的应用钻研也已经展启.由于其较矮的摩揩系数，可较好天使用正在下温，下真空等不适于液体润滑的情况以及有浑净央供的环境中.类金刚刚石动做轴启、齿轮、活塞等易益机件的抗磨益镀层更加是动做刃具、量具表面的耐磨涂层是格中符合的.类金刚刚石薄膜用做刀具涂层，能普及刀具寿命战刀具边沿的硬度，缩小刃磨时间，俭朴成本.类金刚刚石薄膜用做量具表面涂层，不至于使其改变尺寸战划伤表面，缩小标定时间.它还具备劣良的化教宁静性，预防酸碱及有机溶液侵害，适用于化工板滞部战多种化妆件的镀层.2光教范畴的应用①白中窗心的抗磨益呵护层战反射层：类金刚刚石膜正在所有白中波段范畴具备劣良的透明个性.由于薄膜硬度下，耐磨性好，使其不妨动做收撑白中窗心或者动做ZnS、ZnSe等白中窗心的呵护涂层.朱昌等人创制对付NaCl晶体镀类金刚刚石薄膜搞呵护层，既不做用10.6um 激光输出功率，又不妨预防NaCl潮解，能延少白中窗心的使用寿命；②收光资料：类金刚刚石膜具备劣良的光教透过性以及室温死少的个性，果此类金刚刚石膜不妨动做由塑料战散碳酸脂等矮熔面资料组成的光教透镜表面的抗磨益呵护层.类金刚刚石膜光教戴隙范畴宽，室温下光致收光战电致收光率皆很下，能正在所有可睹光范畴收光，那使得类金刚刚石膜成为本能极好的收光资料之一；③保存资料：V.Yn Armeyer等人真验收当前硅玻璃基片上重积薄度为100nm的类金钢石薄膜的光教保存旗号稀度可下达108bits/㎝2数量级，而且具备疑噪比下，硬度下，化教宁静性强以及无需再加呵护层等便宜，果此有期视成为一次性写进记录介量；④太阳能光-热变换层：正在铝基片表面重积分歧薄度的单层类金刚刚石膜、硅及锗涂层后，通过比较各自的本能创制单层类金刚刚石膜的光热变换效用最下.3医教范畴的应用动做一种培植资料，类金刚刚石膜具备广大的应用前景.如：正在散乙烯的人为股骨闭节头上镀一层类金刚刚石膜，其抗磨益本能不妨与镀陶瓷战金属制品相比；镀有Ti/DLC多层膜的钛制人为心净瓣膜，由于其具备疏火性战光润表面，也博得了较好的效验；正在用于骨科内牢固板滞的Ti-Ni形状影象合金，镀一层类金刚刚石膜，使其具备劣良的抗氧化性以及劣良的死物教摩揩个性.正在人制牙根上镀制一层类金刚刚石膜不妨革新其死物相容性.4电子范畴的应用~3.8之间的DLC膜战介电常数小于2.3的FDLC膜.对付于BEOL互联结构，矮K值的DLC膜是很好的采用.采与碳膜战类金刚刚石膜接替出现的多层结构可构制具备共振隧道效力的多量子阱结构，具备特殊的电个性，正在微电子范畴有很大的死少前途.论断类金刚刚石膜（DLC).由于该膜正在力教、热教、电教、化教、光教等圆里具备劣同的本能，且制备简朴、成本矮廉，较之于金刚刚石薄膜具备较下的本能代价比，且正在相称广大的范畴里不妨代替金刚刚石薄膜，正在板滞、电子、化教、医教、军事、航空航天等范畴体现了其广阔的应用前景.参照文件[1] 吴大维. 硬量薄膜资料的最新死少及应用. 真空. 2003[2] 吕反建. 超硬资料薄膜涂层钻研收达及应用.热处理. 2004[3] 陈灵，刘正义，邱万偶等. 类金刚刚石膜的制备及其做用果素. 华夏表面工程. 2002[4] 程宇航等. 类金刚刚石膜结构的白中分解. 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纳米涂层的市场前景与应用研究
纳米涂层的市场前景与应用研究在当今科技飞速发展的时代，纳米技术作为一项具有革命性的创新领域，正不断地为各个行业带来全新的机遇和变革。
其中，纳米涂层以其独特的性能和广泛的应用前景，逐渐成为了市场关注的焦点。
纳米涂层，顾名思义，是将涂层材料以纳米尺度进行处理和应用，从而赋予涂层前所未有的性能和功能。
与传统涂层相比，纳米涂层具有更优异的耐磨、耐腐蚀、防水、防污、抗菌等特性，这使得它在众多领域展现出了巨大的应用潜力。
从市场前景来看，纳米涂层的发展呈现出一片繁荣的景象。
随着制造业的不断升级和对产品质量要求的日益提高，对于具有高性能保护涂层的需求持续增长。
例如，在汽车工业中，纳米涂层可以用于提高汽车零部件的耐磨和耐腐蚀性能，延长使用寿命，减少维修成本。
在电子行业，纳米涂层能够增强电子产品的防水和防尘能力，提高产品的可靠性和稳定性。
此外，航空航天、医疗器械、能源等领域对纳米涂层的需求也在不断扩大。
据市场研究机构预测，未来几年纳米涂层市场将保持较高的增长率。
这主要得益于技术的不断进步、成本的逐渐降低以及市场对高性能涂层的持续需求。
同时，政府对环保和可持续发展的重视也为纳米涂层的发展提供了政策支持。
例如，一些国家出台了严格的环保法规，要求企业减少污染物排放，而纳米涂层在某些情况下可以替代传统的化学处理方法，减少对环境的污染。
在应用方面，纳米涂层已经取得了众多令人瞩目的成果。
在建筑领域，纳米涂层可以应用于玻璃表面，使其具有自清洁功能。
这种自清洁玻璃能够利用阳光中的紫外线分解表面的污垢，雨水一冲即可保持干净，大大降低了建筑物的清洁成本。
同时，纳米涂层还可以用于提高建筑材料的防水和抗风化性能，延长建筑物的使用寿命。
在纺织行业，纳米涂层可以赋予纺织品防水、防油、防污和抗菌等功能。
例如，户外运动服装经过纳米涂层处理后，可以在恶劣的天气条件下保持干爽和清洁，同时具有抗菌性能，减少异味和皮肤感染的风险。
在能源领域，太阳能电池板表面的纳米涂层可以提高其光吸收效率，从而增加发电量。
超硬涂层零件滚动接触疲劳加速实验方法研究
规疲劳实验的对 比实验研究 。实验结果表明：该方法能取得与常规疲 劳实验方法疲劳行为相同的实验结果 ；加速疲劳实
验 加 速 比约 为 ３ ，加 速疲 劳 实验 方 法 十分 有 效地 节 省 了疲 劳 实 验 中消 耗 的 时 间 。该方 法 是 一 个 适 应 于 评 价 超 硬涂 层 零 件
Ａｂｔａ ｔ Ａ ｅ ｃ ｅｅａｉｎ ｔｓ ｔ ｏ ｏ ｏｌ ｇ ｃ ｎ ａ ｔｆｔｇ ｅ ｏ ｌｍｅ ｔ ｉｈ ｓ ｐ ｒ ａ ｄ ｃ ａｉｇ ｓｐ ｅ ｅ ｔｄ， ｓｒ ｃ： ｎ ｗ ａ ｃ ｌｒｔｏ ｅ ｔｍｅｈ ｄ ｆｒｒｌｉ ｏ ｔｃ ａｉｕ ｆｅｅ ｎ ｓｗ ｔ ｕ ｅｈ ｒ ｏ ｔ ｓｗａ ｒ ｓ ｎｅ ｎ ｎ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｎ ｈ ｎ ｌｓｓｏ ｃ ａ ｉｍ ｒ ｉｅ ． ｍｐ ｒｓ ｎ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔ ｆｔ ｅ ｒｌｉｇ ｃ ｎ ａ ｔｆｔ ｅ ｐ ｒｏｍａ ｃ ｆ ｈ ｄ ｌａ ｄ ｔｅ ａ ａｙ ｉ ｆｍｅ ｈ ｎｓ ｗｅ ｅｇｖ ｎ Ｃｏ ａ ｏ ｘ ｅ ｉ ｉ ｎ ｓｏ ｈ ｏｌｎ ｏ ｔｃ ａ ｉ ｅｆｒ ｎ ｅｏ ｕ ｇ
维普资讯
２０ ０ ７年 ８月
润 滑与密封
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Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ８ １３ ．
第３ ２卷 第 ８期
超 硬 涂 层 零 件滚 动 接 触 疲 劳 加 速 实验 方 法 研 究
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涂层刀具的涂层材料、涂层方法及发展方向
涂层刀具的涂层材料、涂层方法及进展方向在切削加工中，刀具性能对切削加工的效率、精度、表面质量有着决议性的影响。
刀具性能的两个关键指标硬度和强度（韧性）之间好像总是存在着冲突，硬度高的材料往往强度和韧性低，而要提高韧性往往是以硬度的下降为代价的。
在较软的刀具基体上涂覆一层或多层硬度高、耐磨性好的金属或非金属化合物薄膜（如TiC、TiN、Al2O3,等）构成的涂层刀具，较好的解决了刀具存在的强度和韧性之间的冲突，是切削刀具进展的一次革命。
涂层刀具是近20年来进展最快的新型刀具。
目前工业发达国家涂层刀具已占80%以上，CNC机床上所用的切削刀具90%以上是涂层刀具。
1涂层刀具、涂层材料及涂层方法涂层刀具的特点涂层刀具结合了基体高强度、高韧性和涂层高硬度、高耐磨性的优点，提高了刀具的耐磨性而不降低其韧性。
涂层刀具通用性广，加工范围显著扩大，使用涂层刀具可以获得明显的经济效益。
一种涂层刀具可以代替数种非涂层刀具使用，因而可以大大削减刀具的品种和库存量，简化刀具管理，降低刀具和设备成本。
但是刀具在现有的涂层工艺进行涂层后，因基体材料和涂层材料性质差别较大，涂层残留内应力大，涂层和基体之间的界面结合强度低，涂层易剥落，而且涂层过程中还造成基体强度下降、涂层刀片重磨性差、涂层设备多而杂、昂贵、工艺要求高、涂层时间长、刀具成本上升等缺点。
常用的涂层材料及性质常用的涂层材料常用的涂层材料有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、硅化物、金刚石及复合涂层八大类数十个品种。
依据化学键的特征，可将这些涂层材料分成金属键型、共价键型和离子键型。
涂层材料的性质金属键型涂层材料（如TiB2、TiC、TiN、VC、WC等）熔点高、脆性低、界面结合强度高、交互作用趋势强、多层匹配性好，具有良好的综合性能，是最一般的涂层材料。
共价键型涂层材料（如B4C、SiC、BN、金刚石等）硬度高、热胀系数低、与基体界面结合强度差、稳定性和多层匹配性差。
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。
类金刚石薄膜制备及应用综述
类金刚石薄膜制备及应用综述类金刚石薄膜是一种具有高硬度、高热导率、化学稳定性良好等优良性能的材料，在多个领域有着广泛的应用。
在本综述中，我将就类金刚石薄膜的制备方法、特性及应用进行详细的介绍，以期为相关领域的研究人员提供指导和借鉴。
一、类金刚石薄膜的制备方法1. 化学气相沉积法化学气相沉积法是一种常用的制备类金刚石薄膜的方法，其核心原理是利用化学反应在基板表面上沉积出单质碳或烷烃单体，再通过合适的条件使其聚合形成类金刚石薄膜。
其优点是工艺成熟、生产效率高，所需设备成本较高，对操作者的技术要求也较高。
2. 微波等离子体化学气相沉积法微波等离子体化学气相沉积法则是在化学气相沉积法的基础上引入了等离子体，利用微波等离子体来活化反应气体，提高沉积速率和质量，从而得到较高质量的类金刚石薄膜。
3. 溅射法溅射法是利用高能粒子轰击类金刚石靶材，使其表面的碳原子脱离靶材并在基底表面重新结晶形成薄膜。
该方法制备的类金刚石薄膜质量较好，但成本较高。
二、类金刚石薄膜的特性1. 高硬度类金刚石薄膜具有与天然金刚石相近的硬度，达到10GPa以上。
这使得类金刚石薄膜在一些需要高耐磨性能的领域有着广泛的应用，如刀具表面涂层等。
2. 高热导率类金刚石薄膜具有非常高的热导率，可达到约2000W/mK，因此被广泛用于热管理领域，如散热片、导热膏等。
3. 化学稳定性良好类金刚石薄膜在化学腐蚀等方面具有较好的稳定性，这使其在一些特殊的化学环境下得到应用。
4. 其它特性除了上述特性之外，类金刚石薄膜还具有较好的光学性能、生物相容性等特性，这为其在生物医疗、光学涂层等领域的应用提供了可能。
三、类金刚石薄膜的应用1. 刀具涂层由于其高硬度与耐磨性能，类金刚石薄膜被广泛应用于刀具涂层，能够大大提高刀具的使用寿命与切削性能。
2. 热管理材料类金刚石薄膜的高热导率使其成为理想的热管理材料，广泛应用于散热片、导热膏等领域。
3. 光学涂层类金刚石薄膜的优良光学性能使其在激光光学、液晶面板等领域有着广泛的应用。
面向高端装备的纳米热喷涂涂层材料及工程化研究
面向高端装备的纳米热喷涂涂层材料及工程化研究要说高端装备的纳米热喷涂涂层材料，哎呦，那可真是一个听起来就很高大上的话题！不过，别急，咱不讲枯燥的理论，今天我们聊聊它到底有啥厉害之处，为什么它能在航空航天、能源、制造这些行业中占有一席之地。
说白了，这种技术就像是给装备穿上一层“铁布衫”，既能保护它不被外部环境伤害，又能增强它的性能。
你想啊，咱们生活中要是没有了手机壳，手机掉地上的概率是不是蹭蹭上涨？装备也是一样，不加个“保护膜”怎么行？这“保护膜”就叫纳米热喷涂涂层！纳米热喷涂听起来挺神秘的，但实际上，它就是把各种材料在高温下喷涂到装备的表面，形成一层保护膜。
你可能会问，为什么非得加这么一层膜呢？原因其实简单，现代装备可不像咱们的老式机械，早些年那个大铁块子，耐用不怕摔，可现如今，精密仪器对表面性能要求高得很，哪怕是一个微小的磨损，都会对整体性能产生影响。
比如航天器外面的涂层，万一没保护好，不小心被外太空的粒子撞了一下，哎呀，那可就麻烦了。
纳米热喷涂涂层就像给这些装备披上一件隐形的盔甲，让它们在各种苛刻环境下依然能“顽强”生存。
再说了，纳米热喷涂的材料也不是随便哪种涂料能代替的。
你要知道，这涂层的关键在于“纳米”两字。
简单来说，纳米材料的颗粒非常非常小，比人的头发还要细得多，这样的颗粒涂在装备表面，能形成一种非常紧密的结构。
你别小看它这“细小”一招，正是这层看似不起眼的涂层，让设备拥有了耐高温、抗腐蚀、抗磨损等一系列性能，简直就像给装备打上了“防护盾”。
如果装备的表面没有这样的涂层，外面的灰尘、沙粒、化学气体，就像老鼠一样，随时随地准备破坏装备的“内脏”。
但你可能又会问，既然纳米热喷涂这么牛逼，那是不是所有装备都需要？其实不然。
就像是你不可能给每一双鞋子都做个防水处理一样，只有那些工作环境特别严苛的装备，才会需要这种超级防护。
比如，飞机发动机、燃气轮机、甚至一些高端的医疗设备，这些地方就非常需要纳米热喷涂的“加持”。
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超硬材料薄膜涂层研究进展及应用超硬材料薄膜涂层研究进展及应用
摘要：CVD和PVD TiN，TiC，TiCN，TiAlN等硬质薄膜涂层已经在工具、模具、装饰等行业得到日益广泛的应用，但仍然不能满足许多难加工材料，如高硅铝合金，各种有色金属及其合金，工程塑料，非金属材料，陶瓷，复合材料(特别是金属基和陶瓷基复合材料)等加工要求。
正是这种客观需求导致了诸如金刚石膜、立方氮化硼(c-BN)和碳氮膜(CNx)以及纳米复合膜等新型超硬薄膜材料的研究进展。
本文对这些超硬材料薄膜的研究现状及化应用前景进行了简要的介绍和评述。
关键词：超硬材料薄膜；研究进展；工业化应用
1 超硬薄膜
超硬薄膜是指维氏硬度在40GPa以上的硬质薄膜。
不久以前还只有金刚石膜和立方氮化硼(c-BN)薄膜能够达到这个标准，前者的硬度为50-100GPa(与晶体取向有关)，后者的硬度为50～80GPa。
类金刚石膜(DLC)的硬度范围视制备方法和工艺不同可在10GPa～60GPa的宽广范围内变动。
因此一些硬度很高的类金刚石膜(如采用真空磁过滤电弧离子镀技术制备的类金刚石膜(也叫Ta：C))也可归人超硬薄膜行列。
近年来出现的碳氮膜(CNx)虽然没有像Cohen等预测的晶态β-C3N4那样超过金刚石的硬度，但已有的研究结果表明其硬度可达10GPa～50GPa，因此也归人超硬薄膜一类。
上述几种超硬薄膜材料具有一个相同的特征，他们的禁带宽度都很大，都具有优秀的半导体性质，因此也叫做宽禁带半导体薄膜。
SiC和GaN 薄膜也是优秀的宽禁带半导体材料，但它们的硬度都低于40GPa，因此不属于超硬薄膜。
最近出现的一类超硬薄膜材料与上述宽禁带半导体薄膜完全不同，他们是由纳米厚度的普通的硬质薄膜组成的多层膜材料。
尽管每一层薄膜的硬度都没有达到超硬的标准，但由它们组成的纳米复合多层膜却显示了超硬的特性。
此外，由纳米晶粒复合的TiN／SiNx薄膜的硬度竟然高达105GPa，创纪录地达到了金刚石的硬度。
本文将就上述几种超硬薄膜材料一一进行简略介绍，并对其工业化应用前景进行评述。
2 金刚石膜
2．1金刚石膜的性质
金刚石膜从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(Diamond fever)。
这是因为金刚石除具有无与伦比的高硬度和高弹性模量之外，还具有极其
优异的电学(学)、光学、热学、声学、电化学性能(见表1)和极佳的化学稳定性。
大颗粒天然金刚石单晶(钻石)在自然界中十分稀少，价格极其昂贵。
而采用高温高压方法人工合成的工业金刚石大都是粒度较小的粉末状的产品，只能用作磨料和工具(包括金刚石烧结体和聚晶金刚石(PCD)制品)。
而采用化学气相沉积(CVD)方法制备的金刚石膜则提供了利用金刚石所有优异化学性能的可能性。
经过20余年的努力，化学气相沉积金刚石膜已经在几乎所有的物理化学性质方面和最高质量的IIa 型天然金刚石晶体(宝石级)相比美(见表1)。
化学气相沉积金刚石膜的研究已经进人工业化应用阶段。
表 1 金刚石膜的性质
Table 1 Properties of chamond film
注:*在所有已知物质中占第一,**在所有物质中占第二,***与茵瓦(Invar)合金相当。
2．2金刚石膜的制备方法
化学气相沉积金刚石所依据的化学反应基于碳氢化合物(如甲烷)的裂解，如：
热高温、等离子体
CH4(g)一C(diamond)+2H2(g) (1)
实际的沉积过程非常复杂，至今尚未完全明了。
但金刚石膜沉积至少需要两个必要的条件：(1)含碳气源的活化；(2)在沉积气氛中存在足够数量的原子氢。
除甲烷外，还可采用大量其它含碳物质作为沉积金刚石膜的前驱体，如脂肪族和芳香族碳氢化合物，乙醇，酮，以及固态聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯)，以及卤素等等。
常用的沉积方法有四种：(1)热丝CVD；(2)微波等离子体CVD；(3)直流电弧等离子体喷射(DC Arc Plasma Jet)；(4)燃烧火焰沉积。
在这几种沉积方法中，改进的热丝CVD(EACVD)设备和工艺比较简单，稳定性较好，易于放大，比较适合于金刚石自支撑膜的工业化生产。
但由于易受灯丝污染和气体活化温度较低的原因，不适合于极高质量金刚石膜(如光学级金刚石膜)的制备。
微波等离子体CVD是一种无电极放电的等离子体增强化学气相沉积工艺，等离子体与沉积腔体没有接触，放电非常稳定，因此特别适合于高质量金刚石薄膜(涂层)的制备。
微波等离子体CVD的缺点是沉积速率较低，设备昂贵，制备较高。
采用高功率微波等离子体CVD系统(目前国外设备最高功率为75千瓦，国内为5千瓦)，也可实现金刚石膜大面积、高质量、高速沉积。
但高功率设备价格极其昂贵(超过100万美元)，即使在国外愿意出此天价购买这种设备的人也不多。
直流电弧等离子体喷射(DC Arc P1asma Jet)是一种金刚石膜高速沉积方法。
由于电弧等离子体能够达到非常高的温度(4000K-6000K)。
因此可提供比其它任何沉积方法都要高的原子氢浓度，使其
成为一种金刚石膜高质量高速沉积工艺。
特殊设计的高功率JET可以实现大面积极高质量(光学级)金刚石自支撑膜的'高速沉积。
我国在863计划"75”和"95”重大关键技术项目的支持下已经建立具有我国特色和独立知识产权的高功率De Are Plasma Jet金刚石膜沉积系统，并于1997年底在大面积光学级金刚石膜的制备技术方面取得了突破性进展。
目前已接近国外先进水平。
2．3金刚石膜研究现状和工业化应用
20余年来，CVD金刚石膜研究已经取得了非常大的进展。
金刚石膜的内在质量已经全面达到最高质量的天然IIa型金刚石单晶的水平(见表1)。
在金刚石膜工具应用和热学应用(热沉)方面已经实现了，产业化，一些新型的金刚石膜高技术企业已经在国内外开始出现。
光学(主要是军事光学)应用已经接近产业化应用水平。
金刚石膜场发射和真空微电子器件、声表面波器件(SAW)、抗辐射电子器件(如SOD器件)、一些基于金刚石膜的探侧器和传感器和金刚石膜的电化学应用等已经接近实用化。
由于大面积单晶异质外延一直没有取得实质性进展，n一型掺杂也依然不够理想，金刚石膜的高温半导体器件的研发受到严重障碍。
但是，近年来采用大尺寸高温高压合成金刚石单晶衬底的金刚石同质外延技术取得了显著进展，已经达到了研制芯片级尺寸衬底的要求。
金刚石高温半导体芯片即将问世。
鉴于篇幅限制，及本文关于超硬薄膜介绍的宗旨，下面将仅对金刚石膜的工具(摩擦磨损)应用进行简要介绍。
2．4金刚石膜工具和摩擦磨损应用
金刚石膜所具有的最高硬度、最高热导率、极低摩擦系数、很高的强度和良好化学稳定性的异性能组合(见表1)使其。