自1971年类金刚石薄膜被发现并研究。在随后的科研工作这对类金刚石薄膜的结构和性质进行探索。1976年Spencer等人对类金刚石薄膜的结构进行了探究,确定了类金刚石薄膜中碳系结晶种类数目。59164
伴随着研究的深入类金刚石薄膜的一些短板也逐渐浮现出来,人们开始对类金刚石的改性进行实验以获得更好的机械性能。经研究发现类金刚石薄膜是一种处于亚稳态的非晶态碳膜,其热稳定较差。高温或特定环境介质下,类金刚石薄膜会向石墨进行转变。类金刚石薄膜的高硬度为人们喜爱,但同时也带来了膜基结合力较差。类金刚石薄膜的硬度远远高于基体硬度,造成薄膜与基材间附着力下降。类金刚石薄膜自身存在着较高的内应力,在使用过程中容易产生裂纹造成使用寿命的下降。类金刚石薄膜上存在一定数量的大直的径碳系结晶,而使用中往往从这些大直径的碳系结晶处剥离,最终造成薄膜崩裂导致使用寿命下降。这些种种缺陷,正是科研工作人员对类金刚石薄膜的热点研究方向。通过各种手段方法对类金刚石薄膜进行改性,使其更加符合生产要求。
国内外的研究人员对类金刚石薄膜进行了一系列的研究与实验,并获得了一下一些研究成果:
谷坤明等人[2]研究采用ECR微波等离子体增强化学气相沉积的方法于C2H2/H2/Ar2等离子环境中在单晶Si(111)晶面上制备了不同厚度的DLC膜样品对DLC薄膜的内应力进行研究得出DLC膜内应力先随厚度增加而增加,但超过某一临近值后会通过表面崩裂进行缓解,也得出了通过表面崩裂使薄膜内应力总体维持在某一个水平。
兰惠清等人[3]以甲苯(C7H8)和四甲基硅烷(Si(CH3)4)的混合气体为反应气源,使用离子气相沉积技术制备了不同Si含量(原子比)(不超过20%)的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜研究了该薄膜加入Si薄膜的硬度、摩擦系数、磨痕和转移膜的元素发生变化的结果,得出以下结论(1)通过纳米压痕技术发现添加少量Si可以提高Si-DLC薄膜的硬度,但是随着Si含量的进一步增加,薄膜的硬度减少;对面薄膜的相成分发现Si促进转移膜的增加和石墨化两者共同作用产生低摩擦系数。
孙丽丽,代维等人[4]应用线性离子束混合磁控溅射沉积设备制备的纯 DLC、含Cr 过渡层以及金属Cr掺杂的DLC 薄膜,通过对比得出有过镀层和金属掺杂的薄膜,摩擦性能以及膜基结合力都有了较大的改善论文网; 当添加的Cr过渡层在厚度为250nm时,薄膜的残余应力及结合力的提高较为显著,而金属Cr掺杂的DLC薄膜则能极大的降低薄膜残余应力。
Ali Modabberasld等人[5]研究在磁场辅助下的脉冲激光镀膜系统制备DLC薄膜。得出以下研究结论,添加磁场可以增加沉降速率。通过拉曼和XPS分析,在磁场作用下类金刚石薄膜的sp3含量上升。AFM分析,在磁场条件下获得更细密的结构,较低的摩擦因数和表面粗糙度。纳米压痕实验表示,添加磁场辅助的脉冲激光镀膜系统制备的DLC薄膜力学性能上升。
Marco A. Ramirez R等人[6]研究通过活性屏等离子技术辅助的脉冲直流PECVD在镍基合金上沉积DLC薄膜研究其摩擦特性,镀有DLC薄膜的基板相对未镀膜的耐磨性提高了四倍,对钢球的摩擦系数从0.7降低到0.14。而且同时,沉积DLC薄膜成功地使在铬镍铁合金718的机械性能改善。对基材表面用ASP技术等离子碳氮共渗处理,再进行DLC保护性涂料产生了以下特征:低摩擦系数,高硬度和优异的粘合性。表明在沉积时使用ASP技术的是简单方便的,并适合DLC薄膜的生长。
通过对实验环境气氛的改变、制备方法的不同、掺入其他元素等方法对类金刚石薄膜进行改性,使其以更优良的性能面对使用环境,更好的满足人们对生产使用的要求。