真空镀膜法制备DLC薄膜的方法

DLC膜又称金刚石膜，具有良好的机械性能、电学性能、光学性能、高硬度、电阻率和电绝缘强度及导热性、高红外透过率和光折射率、良好的化学稳定性和生物相容性，因而具有广泛的应用，因此真空镀膜制备DLC工艺的机理，也受到市场的特别关注，DLC膜中SP3键与SP2键的比值是决定类金刚石膜硬度的主要因素。数值越大，硬度越高。因此类金刚石膜具有可调的高硬度，其硬度上限接近金刚石硬度(100 GPa)，Z高可达95GPa。硬度与DLC结构有关。

因此，这与制备方法有关。磁滤阴极电弧法(FVCA)制备的DLC膜的硬度与金刚石膜相似。用VCAD制备的DLC膜的硬度在HV5000以上。而磁控溅射法制备的DLC膜的硬度普遍低于HV2000。此外，沉积过程和掺杂也会影响DLC膜的硬度。适当的偏压、压力和气氛可以不同程度地提高DLC膜的硬度。大多数实验表明，掺杂不同程度地降低了DLC膜的硬度，但也有人认为加入Si可以提高DLC膜的硬度。DLC膜一般具有较大的内应力。内应力不仅与DLC膜的结构和组成有关，而且与成膜过程也有很大关系。例如，在H- dlc薄膜中，内应力与H含量密切相关。

真空镀膜机镀DLC膜时，在保持DLC膜高硬度的同时，加入N、Si和一些金属元素可降低内应力。内应力对DLC薄膜与衬底的结合性能有很大影响。直接沉积在基材上的DLC膜一般附着力较差。DLC膜越薄，膜与基材的附着力越好。此外，还可以通过在DLC膜与基材之间添加过渡层来增强DLC膜的附着力。若采用Cr作为过渡层，则膜与基体间的结合得到明显改善。不同的基材有不同的过渡层。由于DLC膜硬度高，具有优良的耐磨性和低摩擦系数，是一种优良的表面改性材料。由于以上优异的性能，DLC膜得到了广泛的应用。DLC薄膜是理想的工具涂层。DLC薄膜的制备技术迅速发展，并发展了多种制备方法。这些方法可分为物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)和等离子体增强化学气相沉积(PECVD)两大类。

PVD镀膜方法包括真空镀膜、电阻加热镀膜、感应加热镀膜、热阴极电弧离子镀膜、活性反应离子镀膜、射频离子镀膜、直流放电离子镀膜等，其突出的特点是引入各种气体放电气相沉积，使整个沉积过程在等离子体中进行，大大提高了粒子的能量。离子镀成膜速度快，膜基附着力好，可在较低温度下沉积膜层。磁过滤阴极真空弧沉积(FCVA)技术使用线圈磁过滤器来过滤掉大粒子和中性原子产生的电弧源,因此,几乎所有的粒子到达衬底正碳离子和氢免费的DLC薄膜可以准备高沉积速率。有些人利用FCVA技术制作出sp3键含量高达90%、硬度高达95 GPa的无氢碳膜，其性能与多晶金刚石材料相似。溅射镀是在辉光放电和阴极溅射原理的基础上进行的。磁控溅射法是利用氩离子溅射石墨靶，采用直流中频或射频模式。溅射碳原子的能量分布随溅射离子的能量和类型而变化。该方法的优点是沉积温度低，设备简单，沉积面积大，可沉积高电阻膜和绝缘膜。