钻石状的碳涂料

化学式

C

涵盖了主题

钻石状涂料的特性

生产DLC膜的方法

血浆辅助CVD

离子束沉积

封闭的磁场不平衡磁控溅射离子电镀工艺

无压力膜的沉积

申请

挤压死亡

引擎应用

骨锯

概括

钻石状涂料的特性

无定形（A-C）和氢化的无定形碳（A-C：H）膜具有高硬度，低摩擦，绝缘，化学惰性，光学透明度，生物兼容性，能够选择性地吸收光子，光滑度和耐磨性的能力。多年来，这些经济和技术吸引力的特性几乎对这些涂层引起了几乎无与伦比的兴趣。现在，具有很高硬度，高电阻率和介电光学性能的碳膜现在被描述为钻石样碳或DLC，表1。

表格1。钻石和DLC材料的性质。欧洲杯足球竞彩

生产DLC膜的方法

已经开发了几种生产类似钻石的碳膜的方法：

•碳离子（IBD）的原发离子束沉积

•碳沉积在有或没有轰击的情况下通过激烈的离子（物理蒸气沉积或PVD）轰击的溅射沉积

•从烃类气体中的RF等离子体沉积到底物上，呈负偏见（血浆辅助化学蒸气沉积或PACVD）。

直到最近，全球DLC上的工作还没有在耐磨性和一般机械性能领域带来预期的好处。大多数成功都是在磁性储存介质和光学涂层的应用中。原因是：

•仅使用了薄涂层（<1µm）

•大多数沉积路线的2D方面

•获得金属底物的良好粘附的困难。

血浆辅助CVD

在碳氢化合物气体混合物中采用RF和DC发光排放的血浆辅助CVD技术会产生光滑的无定形碳和碳氢化合物膜，它们具有混合的SP²和sp³债券。这些表现出900-3000H的硬度值_v。CVD过程通常需要至少600°C的沉积温度才能提供所需的性质组合，但是，低温沉积是可能的。CVD技术可提供良好的沉积速率和非常均匀的涂层，并适合非常大规模的生产。

离子束沉积

DLC沉积的另一种技术是基于离子束沉积。这具有能够在非常低的温度（室温接近）下沉积高质量涂料的优点。缺点是沉积速率非常低（最大1µm/hr），即使是简单几何的底物也需要复杂的操作以确保均匀的沉积。

封闭场不平衡的磁控管推杆离子电镀工艺

现在已经开发了一种技术，可以轻松地将A-C：H膜（> 4µm）应用于任何形状的底物。该过程基于闭合场不平衡的磁控溅射离子板（CFUBM），图1与血浆辅助化学蒸气沉积相结合。这种发展的商业重要性已经被看到，并且应用的潜在应用和可能性范围是巨大的。该技术具有很高的创新性，它提供了确保在高生产率工业过程中确保对任何底物的出色粘附以及任何组件形状或材料的涂层所需的灵活性。

新技术结合了等离子体CVD和离子束沉积的好处。沉积在闭合场不平衡的磁控溅射离子电镀系统（TEER涂层UDP 400或800系列）中在200°C下进行沉积。该系统最初设计用于金属氮，碳化物和氧化物的反应性沉积。该过程的固有多功能性通过组合两种已建立的技术PVD和CVD来使DLC在系统中的沉积。低压RF等离子体CVD用于高速沉积（> 5µm/hr），并结合同时的离子辅助和来自不平衡的磁铁溅射源的物理蒸气沉积，以产生非常高质量的膜。与光束技术一样，该过程的低压意味着沉积在某种程度上是视线线，这意味着底物操纵是确保均匀沉积的必要条件。但是，由于底物被四个长磁子包围（如有必要，长度为1m），因此涂层的涂层从各个方向上撞击底物，通常只需要在沉积过程中简单的单轴旋转。

无压力膜的沉积

DLC沉积在低温下的主要问题之一是在膜中产生非常高的内部应力水平。当将DLC应用于多种底物时，这与随后的格子不匹配结合在一起，通常会导致粘附不良。在高机械应力应用中，膜的粘附至关重要。现在，通过确保在涂层/底物界面附近没有应力浓度来克服此问题。磁铁源用于在DLC沉积之前反应地沉积一系列多层化合物。这些层已分级界面。这样可以确保没有突然的组成变化，并且将压力逐渐引入膜中。最佳多层结构系列是：钛，硝酸钛，钛碳硝酸钛，碳化钛，然后是DLC。随后还发现，可以通过将一小部分金属掺杂剂（通常约5％钛）掺入最终碳结构中来改善硬碳膜的机械性能。

最终的电影具有极好的摩擦和磨损特性：

•最多4000H的微值_v

•干燥在空气中的干燥时的摩擦系数始终<0.15

•磨损率为20％的硝酸钛

•极低的反面磨损。

申请

现在，各种各样的物体都被涂覆，从小物品到大模具和模具。混合技术开发的DLC膜的快速扩展用途包括：

•装饰/低摩擦涂料

•用于高速加工铝和铜合金的工具涂料

•搅拌机中的陶瓷垫圈

•纺织机器的指南

•打孔/死亡

•密封

•切入水龙头

涂料闪亮而黑色，因此也提供了高度的美学吸引力。

挤压死亡

现在，基于DLC的涂料已高度成功地应用于广泛的冷挤压模具。在许多情况下，有必要预先将碳钢钢坯浸入MOS中₂在挤出之前，试图提供润滑。在严重的情况下，由于拾取，每个钢坯后都需要重新涂抹。DLC涂层死亡现在挤出了4000齿轮（没有预润滑），没有磨损的迹象。DLC涂层的打孔在图2中可以看到。

引擎应用

涂料很可能会发现它们在增强一般磨损零件的性能方面的最大应用。例如，希望在一级方程式摩托车发动机中使用DLC的凸轮和凸轮追随者的涂层能够增加0.5-1 bhp的功率。最终的功率增加是8bhp，在赛车上，功率的增加是巨大的。

骨锯

切除骨切割的医疗锯的涂层表明，在使用锯子两倍之后，正常寿命没有磨损。但更重要的是，由于摩擦加热和切割的质量低，骨坏死的量（杀死骨骼组织的杀死）被如此有效地减少，以至于新的骨组织能够非常容易地“接收”切割区域。

一个新的非常重要的领域，碳膜的性能看起来很好，是不锈钢的加工。氮化钛涂层工具在此加工领域几乎没有好处。由于涂层和铁质工件中的碳之间的反应，因此使用碳基涂料（例如TICN）用于加工亚铁合金。因此，加工不锈钢的艰难工作是在低饲料和速度下使用未涂层的工具进行的。当在类似条件下测试了新的碳涂料（DLC为5％钛）时，平均而言，钻寿命比其他涂层和未涂层​​的钻头增加了四倍，图3。应用程序，因此工具的最多可达10倍及以后。

总结ary

正如已经证明的那样，粘附，非常硬，低摩擦和基于DLC的涂层的应用到各种机械零件必将产生经济利益。在许多应用程序中，如果能够促进绩效和生活的显着改善，那么现在可以获得的相对较小的涂料成本。

主要作者：D.P。Monaghan，K.C。Laing，P.A。Logan，P。Teer和D.G.Teer。

资料来源：材料世欧洲杯足球竞彩界，第1卷。1不。6页，1993年6月，第347-49页。

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