DLC涂層類型：

a-c 無氫非晶碳膜

Ta-c 四面體無氫非晶碳膜

a-C:Me 金屬摻雜無氫非晶碳膜

a-C:H 含氫非晶碳膜

ta-C:H 四面體含氫非晶碳膜

a-C:H:Me 金屬摻雜含氫非晶碳膜

a-C:H:X 改性含氫非晶體碳膜

DLC薄膜的結(jié)構(gòu)模型

 DLC薄膜處于熱力學(xué)非平衡狀態(tài)，其原子排布呈現(xiàn)出近程有序、遠(yuǎn)程無序的特點(diǎn)。近程有序主要表現(xiàn)為C-C原子之間的sp3和sp2雜化鍵的結(jié)構(gòu)。

  第一種模型是Beeman等人提出的，他們構(gòu)造了三種具有不同sp3和sp2雜化碳原子含量的非晶碳薄膜模型。此模型具備兩個(gè)典型特征：其一，除了sp2雜化結(jié)構(gòu)模型外，所有模型對(duì)應(yīng)于相對(duì)各向同性的無序混亂網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且沒有內(nèi)部懸鍵；其二，所有模型都做了弛豫處理，目的是使由偏離結(jié)晶態(tài)的鍵長(zhǎng)、鍵角所引起的應(yīng)變能降到比較低。

  第二種模型是完全定制無規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型，由Phillips等人提出并完善。該模型的基本觀點(diǎn)是，在非晶態(tài)隨機(jī)共價(jià)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，當(dāng)原子的平均數(shù)與原子的機(jī)械自由度相等時(shí)，該結(jié)構(gòu)被完全制。增加配位數(shù)，則可以生成更多的共價(jià)鍵而降低體系能力，可以穩(wěn)定固態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但鍵的拉伸和鍵角的畸形會(huì)造成更多的應(yīng)變能。

制備方法

  DLC 薄膜制備技術(shù)的研究開始于七十年代。1971年  A1senberg和Chabot成功地利用碳離子束沉積出DLC薄膜以來，離子束沉積法是開始用于制備 DLC膜。其后研究者發(fā)現(xiàn)了一系列生成DLC薄膜的辦法。

 Maissel等在《薄膜工藝手冊(cè)》一書中指出，大多數(shù)能夠在氣相中沉積的薄膜材料也能在液相中通過電化學(xué)方法合 成，反之亦然。給DLC薄膜的制備帶來了新的思路，現(xiàn)在除了常見的化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理的氣相沉積(PVD)， 也可以通過液相的電化學(xué)沉積來制備DLC膜

（1）離子束沉積(IBD)，是指離子源生成的碳離子經(jīng)質(zhì)量分析磁場(chǎng)后單一價(jià)態(tài)的碳離子沉積在襯底上形成類金剛石薄膜，可獲得大離子電流、排氣能力強(qiáng),可排除含氫的所有氣體;

（2）濺射沉積(RFS and MS)，是指利用射頻振蕩或磁場(chǎng)激發(fā)的氫離子轟擊固體石墨靶，形成濺射碳原子(或離子)，從而在基材表面沉積類金剛石薄膜，這種方法的特點(diǎn)是沉積離子的能量范圍寬。主要包括直流濺射、射頻濺射和磁控濺射三種具體形式；

（3）陰極弧沉積(FCVA)，是通過點(diǎn)弧裝置引燃電弧，在電源的維持和磁場(chǎng)的推動(dòng)下，電弧在靶面所經(jīng)之處碳被蒸發(fā)并離化，同時(shí)在真空弧和基體之間增加磁過濾信道，通過調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度和偏壓等參數(shù)，使得等離子體中的大顆粒中性成分及部分離子在信道中濾掉，從而獲得由單一成分碳離子組成的沉積離子。操作方便、沉積速率較快,但易造成薄膜的污染；

（4）脈沖激光沉積(PLD)，是指脈沖激光束通過聚焦透鏡和石英窗口引入空積腔后，投射在旋轉(zhuǎn)的石墨靶上，在高能量密度的激光作用下形成激光等離子體放電，并且產(chǎn)生的碳離子有1keV量級(jí)的能量，在基體上形成sp3鍵的四配位結(jié)構(gòu)，形成類金剛石薄膜。沉積速率高，可以獲得高sp3含量的無氫類金剛石薄膜，但耗能高、沉積面積??；

（5）直接光化學(xué)氣相沉積(DPCVD)，是利用光子促進(jìn)氣體的分解來沉積類金剛石薄膜。成膜時(shí)無高能粒子等問題，基片溫度可降的很低，因而在低溫成膜方面比較有優(yōu)勢(shì)；

（6）等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)，是指通過低氣壓等離子體放電使氣體碳源分解生成各種含碳的中性或離子基團(tuán)(如CH3、CH2、CH+、C2等)和原子(或離子)氫(H、H+)，并在基片負(fù)偏壓的作用下使含碳基團(tuán)轟擊、吸附在基片表面，同時(shí)原子氫對(duì)結(jié)構(gòu)中sp2碳成分產(chǎn)生刻蝕作用,從而形成由sp2和sp3碳混雜結(jié)構(gòu)的氫化類金剛石薄膜。該方法提高了原料氣體的分解率，降低了沉積溫度，而且可以通過改變沉積參數(shù)來獲得所需質(zhì)量的薄膜；

（7）電化學(xué)沉積，傳統(tǒng)的電化學(xué)沉積大多是在離子性的水溶液或有導(dǎo)電介質(zhì)的有機(jī)溶液中進(jìn)行，溶液的導(dǎo)電能力很好，因而合成過程中只需施加很小的電壓就能完成反應(yīng)。但電化學(xué)沉積法制備DLC薄膜采用含碳的純凈有機(jī)溶液作為電解質(zhì)，這些有機(jī)溶劑在一般條件下不會(huì)離解成離子，極化程度也很弱。

因此通常在兩個(gè)電極之間施加很高的電壓，即利用強(qiáng)電場(chǎng)使溶液中的C-H、C-O和O-H等鍵發(fā)生斷裂生成碳碎片，從而使含碳的成分以極性基團(tuán)或離子的形式到達(dá)基片，并且在基片所處的高電位下得以活化，進(jìn)而生成含一定sp3成分的類金剛石薄膜。

DLC薄膜的性能與應(yīng)用

DLC薄膜將高硬度、低摩擦系數(shù)、耐磨損、抗劃傷性、耐腐蝕性、抗粘連、化學(xué)穩(wěn)定性等特性完美地結(jié)合，在力學(xué)、摩擦學(xué)、物學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和聲學(xué)等方面展示出良好特性，可廣泛應(yīng)用于機(jī)械、工模具、汽車、電子、光學(xué)、*物醫(yī)學(xué)、航空航天、裝飾外觀保護(hù)，如手表外殼、首飾配件、手機(jī)外殼等領(lǐng)域。

類金剛石碳基薄膜材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域

機(jī)械性能與應(yīng)用

DLC薄膜具有很高的硬度和彈性模量，不同的沉積方法制備的DLC薄膜硬度差異很大，尤其是用激光濺射或磁過濾陰極電弧法制備出的DLC薄膜，其硬度高達(dá)70-110GPa，與金剛石相當(dāng)。因制備方法或者沉積的工藝參數(shù)以及成分不同，造成sp3/sp2比例以及氫含量不同，也會(huì)影響薄膜的力學(xué)性能。

電學(xué)性能及應(yīng)用

DLC薄膜具有優(yōu)異的電學(xué)性能，一般來說，含氫DLC薄膜電阻率比不含氫的DLC薄膜的高，可能是由于氫穩(wěn)定了薄膜中sp3相的緣故。由于DLC中的sp2相和薄膜的電阻率有直接的關(guān)系，因此沉積工藝和離子束的能量都對(duì)DLC薄膜層電阻率有著很大的影響。

由于DLC薄膜的良好導(dǎo)熱性能，它可以作為芯片中銅片散熱器的絕緣電阻，能防止通常功率下因熱膨脹系數(shù)不匹配而引起的銅片抓痕。此外，DLC在腐蝕介質(zhì)中表現(xiàn)出極高的化學(xué)惰性，可以保護(hù)基底免遭外界腐蝕介質(zhì)的溶蝕。純的DLC薄膜表現(xiàn)出極好的耐蝕性，可以抵御各類酸堿甚至王水的侵蝕。另外，DLC薄膜具有較低的電子親和勢(shì)，是一種優(yōu)異的冷陰極場(chǎng)發(fā)射材料，其中一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是場(chǎng)發(fā)射平面顯示器件（FED）。

光學(xué)性能及應(yīng)用

DLC薄膜具有良好的光學(xué)透明度，寬的光學(xué)帶隙，在可見光區(qū)通常吸收率高，不透明，但是在紅外區(qū)和微波頻段則具有很高的透過率和較低的吸收率。由于DLC薄膜具有光譜寬透過率高、硬度高、摩擦系數(shù)小、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)，可以作為多種光學(xué)材料如硅、鍺、玻璃、硫化鋅等的增透/保護(hù)膜，起到抗磨損、耐腐蝕、抗潮解和抗氧化的作用。國(guó)外已相繼將其應(yīng)用在太陽(yáng)能硅電池、高功率二氧化碳激光器窗口、潛望鏡紅外窗口、陸軍使用瞄準(zhǔn)具紅外窗口、飛機(jī)前視紅外窗口、導(dǎo)彈頭罩窗口和宇航探測(cè)器等方面。

醫(yī)學(xué)特性及其應(yīng)用

由于DLC薄膜在化學(xué)成分上（碳、氫元素）能夠滿足*物相容性的要求并具有高硬度、低摩擦系數(shù)、化學(xué)惰性等特性，同時(shí)具備優(yōu)異的*物相容性和化學(xué)穩(wěn)定性，越來越多的研究者將目光投向了DLC薄膜在*物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。

例如人工關(guān)節(jié)表面沉積的DLC薄膜，可以增強(qiáng)人工關(guān)節(jié)的耐磨、耐蝕性能、減少磨屑、增加*物相容性，提高使用性能。在作為人工心臟瓣膜的鈦合金或不銹鋼表面沉積一層DLC薄膜，不僅能滿足*物相容性的要求，而且能夠提高該部件的機(jī)械和耐腐蝕性能，從而提高這些部件的使用性能。此外，DLC薄膜對(duì)蛋白質(zhì)的吸附率高，對(duì)血小板的吸附率低，可以在不影響主體特征的前提下，從多種途徑促進(jìn)材料表面生成具有活性的功能簇，從而減少血液凝固，使其元素與植入的人工材料和諧相處，減輕患者的痛苦

其他特性及其應(yīng)用 

除上述性能與應(yīng)用外，DLC薄膜的潤(rùn)濕性能也受到了人們的關(guān)注。某些需要疏水的領(lǐng)域如電子元器件、窗口等都對(duì)DLC薄膜的潤(rùn)濕性能提出了新的要求，目前主要通過對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性來改善DLC薄膜的疏水性能。利用DLC薄膜的耐腐蝕性和低溫合成的特點(diǎn)!既可以將其鍍?cè)诠ぜ?，防止酸、堿及有機(jī)試劑的侵蝕，又可以在橡膠、樹脂等有機(jī)材料上鍍一層DLC薄膜。從而增加其柔軟性，這在對(duì)有機(jī)材料有滑動(dòng)性和密封性要求的領(lǐng)域用途很廣。

DLC薄膜在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用

為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，減輕發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)部位的摩擦，（特別是活塞、活塞環(huán)與氣缸之間以及凸輪與從動(dòng)件之間的摩擦）非常重要。DLC薄膜材料作為一種高硬度減摩抗磨表面保護(hù)薄膜材料，具有優(yōu)異的耐磨性能、低摩擦特性以及與發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油良好的協(xié)同復(fù)配特性，它在發(fā)動(dòng)機(jī)滑動(dòng)摩擦副上的應(yīng)用是發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)能降耗表面處理技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。

DLC薄膜在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用效果，在技術(shù)上DLC薄膜將極低的摩擦阻力和極高的硬度完美地結(jié)合在一起，該技術(shù)已被初步應(yīng)用于汽車零部件的各個(gè)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，尤其是自20世紀(jì)90年代中期以來，作為汽車零部件保護(hù)性薄膜材料得到迅速發(fā)展。

DLC薄膜在模具領(lǐng)域的應(yīng)用

物理的氣相沉積法是在真空中利用熱蒸發(fā)或輝光放電、弧光放電等物理過程，在基體表面沉積一層所需要的固態(tài)薄膜或涂層的技術(shù)。物理的氣相沉積涂層技術(shù)現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于歐美等地的模具制造業(yè)，如沖壓拉伸、成形、鐘表外殼模具及精密零配件等，涂層處理可以增加工件硬度、抗磨力和降低摩擦系數(shù)，從而延長(zhǎng)工件壽命。目前主要的涂層包括TiN、TiCN、CrN，DLC, TAC,AMT-NB,CRN-G,WCC.等，每種涂層各有其不同的特性和用途。應(yīng)用化學(xué)氣相沉積方法將TiC、TiN等涂覆于刃具、模具及各種耐磨結(jié)構(gòu)零件表面上，獲得幾個(gè)微米厚的涂層。以上幾種硬質(zhì)涂層基本具備低的滑動(dòng)摩擦系數(shù)、高的抗磨能力、高的抗接觸疲勞能力及高的表面強(qiáng)度，保證表面具有足夠的尺寸穩(wěn)定性且基體之間有高的黏附強(qiáng)度。