DLC表面处理即类金刚石碳(Diamond-Like Carbon)涂层工艺,是通过物理或化学方法在材料表面涂覆一层具有类似金刚石特性的非晶态碳膜的技术。具体介绍如下:
1.原理
DLC 涂层的结构中含有金刚石结构(sp³ 键)和石墨结构(sp² 键)的亚稳非晶态物质。在制备过程中,通过物理或化学手段将碳源物质转化为碳原子或碳离子,然后使其沉积在基底材料表面,这些碳原子或碳离子通过化学键合形成具有特定性能的DLC薄膜。
2.制备方法
物理气相沉积(PVD)
溅射法:利用高能粒子轰击碳靶材,使靶材表面的碳原子被溅射出来,在基底表面沉积形成 DLC 涂层。
电弧放电法:借助电弧放电产生的高温,让碳源物质蒸发并在基底上沉积。
离子束沉积(IBAD):使用离子束轰击碳源目标,释放出碳离子,使其沉积在基底表面。
化学气相沉积(CVD)
热解 CVD:在高温条件下,将含碳的气体如甲烷、乙炔等分解为碳原子,进而沉积在基底表面。
光催化 CVD:利用光催化作用,促使含碳气体在基底表面发生化学反应,生成 DLC 涂层。
射频等离子体增强化学气相沉积(PECVD):在沉积过程中引入射频等离子体,增强反应活性,实现低温下 DLC 薄膜的生长。
3.特性
高硬度:DLC 涂层的硬度极高,维氏硬度可高达 8000-9000HV,接近天然金刚石的硬度,能有效提高材料表面的抗刮擦和耐磨性能。
低摩擦系数:涂层表面光滑,摩擦系数通常小于 0.2,可减少机械部件之间的摩擦和磨损,降低能量损耗。
耐腐蚀:具有良好的化学惰性,在酸、碱等化学腐蚀介质中表现出较高的稳定性,能保护基材不受环境因素的影响。
生物相容性好:无细胞毒性,适合用于制作医疗器械,在医疗领域如人工关节、植入物等方面有广泛应用前景。
光学性能优良:高透明且具有良好的红外透过率,在光学元件表面涂层方面具有潜在应用价值。
4.应用领域
汽车领域:用于发动机、传动系统、刹车系统、离合器等部件,可增强耐磨性,延长使用寿命,提高发动机效率,减少噪音。
航空领域:能在航空零部件表面形成保护,降低机械磨损和氧化腐蚀,提高使用寿命和可靠性,减少维护成本。
医疗领域:可用于医疗器械表面涂层,提高润滑性和抗菌性,降低手术感染风险,还适用于生物医学设备、人工关节、植入物等。
机械制造领域:能提高传动系统、齿轮、轴承、机器刀具等机械制造部件的耐磨性和耐腐蚀性,减少维护成本。
电子领域:可作为电子芯片、纳米器件等表面的涂层,提高抗静电和耐磨性能。
光学领域:用于光学元件表面,可改善抗反射、硬度和耐磨性。
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