请教关于DLC（Diamond-like carbon）的知识

碳素的天然结构有两种，空间立体结构（金刚石）和平面网状结构（石墨），而两者共存的结构就是DLC，其实DLC的定义是具有非晶质（amorphous）结构的碳素。所以，DLC的定义非常广泛，只要含有碳元素，而且是非晶质结构（没有固定的结构形态），那么它就是DLC，不管里面还掺杂有其它元素什么的，统统都叫DLC。

当然，DLC的结构成分相当重要，它决定了DLC的性质。一般情况下，DLC是由含有碳氢结构的气体还生成的，比如甲烷，乙烯，乙炔等气体。所以，DLC的成分里肯定含有氢基，氢基含有量的多少又决定了DLC的表面张力，亲水性等等特征。当然，也有方法使DLC生成时不含有氢基，纯碳素组成的DLC有更高的硬度，耐磨擦性等等。根据不同的需要，还可以在生成的时候加入其它物质，比如硫S，或是其它气体氮气等等。

DLC的颜色有很多，用在金属表面一般是棕灰色，不发亮有点发乌的感觉，但是也有别的颜色，比如淡蓝色，棕黄色等等，根据添加的物质的不同，其颜色也不同。

应用方面面，主要应用在材料工业，半导体工业，机械工业以及表面处理等方面。比如，新的磁性材料的开发，需要在某些金属表面覆盖一层新的化合物薄膜，有可能选择DLC。半导体行业肯定是用DLC作绝缘性薄膜。机械方面，可能把DLC应用在轴承，活塞等经常摩擦的部件上，减少摩擦损耗。表面处理那就多了是了，应用到各行各业，比如医疗器械，人造血管，stent的器械的内外表面，形成及光滑有含有防止免疫系统发现成分，在治疗血管疾病方面用臣很大。

DLC的生成无非就两大种类:CVD（chemical vapor deposition）跟PVD（physical vapor deposition）

CVD一般都借助于等离子生成仪器，把甲烷等含有碳氢结合的气体电离，使碳氢基生成，靠碳氢基的键能或是电场势能，使碳氢基附着在基材表面，碳氢基越积越多，最终形成无定型的碳结构。

PVD里目前用得最多的就是sputtering法，在平行极板的一面防止基材，另一面极板上放一块碳素材料，极板之间生成等离子后在碳素材料极板上加上负相电压，等离子中的正电子就会在电场力的作用下向碳素材料加速撞击，使碳原子脱离（sputter）,由于撞击时的能量传递，脱离后的碳原子具有一定的动能（几十到一百多eV）所以会附着在对面极板上，形成碳素薄膜（为了形成DLC，要么基材含有DLC成分，要么是用碳氢气体）

PVD里还有其他方法，激光束蒸着法，电子束蒸着法等等，但效果不佳。

1、力学性能

a.硬度及d性模量。不同的沉积方法制备的DLC膜硬度及d性模量差异很大，用磁过滤阴极电弧法可以制备出硬度达到甚至超过金刚石的DLC膜[10]，广州有色金属研究院用阴极电弧法制备的DLC膜最高硬度可达50GPa以上，而用离子源结合非平衡磁控溅射法制备的DLC膜硬度达21GPa[11]。膜层内的成分对膜层的硬度有一定的影响， Si、N的掺入可以提高DLC膜的硬度。DLC膜具有较高的d性模量，虽低于金刚石（1100GPa），但明显高于一般金属和陶瓷的d性模量。

b.内应力和结合强度。薄膜的内应力和结合强度是决定薄膜的稳定性和使用寿命，影响薄膜性能的两个重要因素，内应力高和结合强度低的DLC膜容易在应用中产生裂纹、褶皱，甚至脱落，所以制备的DLC膜最好具有适中的压应力和较高的结合强度。大部分研究表明，直接在基体上沉积的DLC膜的膜/基结合强度一般比较低，广州有色金属研究院通过采用Ti/TiN/TiCN/TiC中间梯度过渡层的方法提高DLC膜与基体的结合强度，在模具钢上沉积DLC膜的结合强度达44N-74N[12]，制备的膜导总体厚度可达5um。

2、摩擦性能

DLC膜不仅具有优异的耐磨性，而且具有很低的摩擦系数，一般低于0.2，是一种优异的表面抗磨损改性膜。DLC的摩擦系数随制备工艺的不同和膜中成分的变化而变化，其摩擦系数最低可达0.005[13]。掺杂金属元素可能降低其摩擦系数，但加入H能提高润滑作用，环境也对摩擦系数有一定的影响。但总的来说，DLC膜与传统的硬质薄膜（如上述的TiN、TiC、TiAlN等）相比，在摩擦系数方面具有明显优势，这些传统硬质薄膜的摩擦系数都在0.4以上。国此，DLC膜有可能在许多摩擦学领域替代这些传统硬膜。广州有色金属研究院制备的掺金属DLC膜具有良好的抗摩擦磨损性能及低达0.13-0.15的摩擦系数[14]。

3、热稳定性

由于DLC属亚稳态的材料，热稳定性差是限制DLC膜应用的一个重要因素，在300?C以上退火时即出现了sp3键向sp2键转变，为此，人们进行了大量的工作试图提高其热稳定性。有研究发现：Si的加入可以明显改善DLC膜的热稳定性，含20 at%Si的DLC膜在740?C退火时才出现sp3键向sp2键转变[15]。同样，金属（如Ti、W、Cr）的掺入也可提高DLC膜的热稳定性，我们正在对这方面进行研究。

4、耐腐蚀性

纯DLC膜具有优异的耐蚀性，各类酸、碱甚至王水都很难侵蚀它。但掺杂有其他元素的DLC膜的耐蚀性有所下降，这是由于掺杂的元素首先被侵蚀，从而破坏了膜的连续性所致。

5)表面状态

DLC膜表面一般较光洁，对基材的表面光洁度没有太大的影响，但随着膜厚的增加，表面光洁度会下降。不同的沉积方法所得到的DLC膜表面光洁度也是不同的，广州有色金属研究院采用离子源技术沉积的DLC膜表面质量明显优于电弧离子镀。

DLC膜具有很好的抗粘结性，特别是对有色金属（如铜、铝、锌等），对塑料、橡胶、陶瓷等也有抗粘结性。

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