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金剛石涂層CVD介紹以及應(yīng)用

來源：技術(shù)支持 | 發(fā)布日期：2023-08-01

一、金剛石鍍膜技術(shù)簡介

金剛石是最堅硬的物質(zhì)，顧名思義，金剛石涂層足以超越傳統(tǒng)涂層表面硬度。金剛石涂層是指金屬工具與金剛石薄膜的結(jié)合，隨著科技的發(fā)展，金剛石涂層技術(shù)不斷創(chuàng)新與完善，在汽車、航天、金屬零部件以及切削工具方面都得到有效的應(yīng)用，金剛石結(jié)構(gòu)SP3的含量超過80%。

金剛石是硬度最高的固體物質(zhì) HV= 100GPa;性質(zhì)穩(wěn)定:耐磨:但卻難以加工成各種所需的零件和制品

納米金剛石鍍膜具有天然金剛石的許多優(yōu)異特性：它生成的薄膜具有超硬、耐磨、高絕緣、高導(dǎo)熱率、摩擦系數(shù)低、膜層均勻、致密度高、耐腐蝕和附著力高等特點，薄膜還具有無色透明，對材質(zhì)的光學(xué)特性基本不產(chǎn)生影響。

二、金剛石涂層的發(fā)展及應(yīng)用

納米金剛石鍍膜諸多優(yōu)異的力、熱、光、電等性質(zhì)，優(yōu)良的化學(xué)惰性，以及很好的熱穩(wěn)定性等，在機(jī)械、光學(xué)、電子學(xué)及聲學(xué)等領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景，但是由于其數(shù)量稀少且價格昂貴，早期在現(xiàn)實中的應(yīng)用是十分有限的。

金剛石薄膜，其性能接近天然金剛石（鉆石），因而金剛石薄膜一經(jīng)問世就迅速達(dá)到商業(yè)化應(yīng)用的水平，從而在世界范圍內(nèi)掀起了研究金剛石薄膜的熱潮。

三、金剛石涂層的特性

1、高硬度，國內(nèi)國際的多項測定表明，納米壓入儀測定的硬度達(dá)到80GPa（HV8000）,經(jīng)由納米金剛石鍍膜的工具及產(chǎn)品，硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于未經(jīng)鍍膜的；

2、鍍膜與基體的結(jié)合度極高，不會產(chǎn)生鍍膜層脫落；

3、摩擦系數(shù)低至0.092-0.105（對金屬鋼）；

4、耐磨性能急速提高。許多材料經(jīng)鍍膜后，耐磨性可提升100倍以上；

5、耐腐蝕性更好，納米金剛石涂層具有化學(xué)惰性，例如，覆有100納米金剛石涂層的電鍍件，可經(jīng)受300小時的鹽霧試驗，不出現(xiàn)腐蝕變異。

四、金剛石涂層應(yīng)用

1、對人工關(guān)節(jié)骨板及骨釘?shù)谋砻嫣幚?/font>

納米金剛石鍍膜人工關(guān)節(jié)、骨板及骨釘?shù)谋砻嫣幚砑夹g(shù)，它應(yīng)用納米金剛石薄膜對鈦合金進(jìn)行表面改性，改善其微量離子釋放，污染組織、引起發(fā)炎等不良問題，以制作合乎要求的人工關(guān)節(jié)、骨板及骨釘，并充分利用了金剛石膜良好的生物相容性及最佳的化學(xué)穩(wěn)定性。采用化學(xué)氣相蒸鍍法或物理氣相蒸鍍法，對鈦合金基片鍍制厚度為100nm～3μm的納米金剛石薄膜或類金剛石碳膜，該金剛石薄膜再進(jìn)行后表面處理，以共價鍵方式結(jié)合人體組織相容性高的分子介面層。

2、改善口腔修復(fù)常用合金的表面理化特性

金鈀合金屬于牙科貴金屬合金材料，因為具有良好的生物相容性、延展性及邊緣適應(yīng)性，近年來在口腔修復(fù)臨床中成為制作冠橋的常用材料之一。

金鈀合金通過金剛石鍍膜的方法改善金鈀合金的耐磨性、硬度。制作方法：6個金鈀合金試件，在常溫下通過射頻輝光放電的方法分別鍍覆300納米、500納米類金剛石鍍膜，對鍍膜后金鈀合金表面的摩擦系數(shù)、電化學(xué)腐蝕電位及維氏硬度進(jìn)行測試，并同標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行比較。結(jié)果300納米鍍膜金鈀合金耐磨性高于500納米鍍膜；隨著鍍膜厚度的增加，耐腐蝕性有增加的趨勢；對維氏硬度的均值進(jìn)行t檢驗，鍍膜300納米金鈀合金維氏硬度高于500納米試件及標(biāo)準(zhǔn)件(P0.001)。因此，對金鈀合金表面進(jìn)行類金剛石鍍膜處理是改善其表面理化特性的一種方式。

3、工具應(yīng)用
金剛石已逐漸成為工業(yè)行業(yè)中刀具的材料，CVD金剛石涂層在刀具表面可極大的延長刀具使用壽命并提高加工效率和質(zhì)量。
4、熱學(xué)應(yīng)用
CVD金剛石涂層的導(dǎo)熱性是硅的兩萬倍、銅的五倍，是制作散熱片、微波器件大功率激光器件、電子器件等電子器件的理想散熱材料。
5、電學(xué)應(yīng)用
金剛石本身具有介電常數(shù)低、電子、空穴遷移率好、熱導(dǎo)率高、禁帶寬度高等優(yōu)勢，而有CVD金剛石涂層的制備出超高速計算機(jī)芯片，其高壓高速開關(guān)和固體功率放大器等都能在600℃高溫和微波段下正常工作。在輻射探測器、光電探測器和聲表面波器件等方便具有廣泛的應(yīng)用場景。
6、光學(xué)應(yīng)用
具有CVD金剛石涂層的材料具有極好的耐腐蝕性、耐磨損性、較強(qiáng)的抗輻照損傷性以及較好的光透性，并且能在高溫環(huán)境下保持良好的光學(xué)性能，使其被應(yīng)用在高速攔截導(dǎo)彈頭罩、戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)頭探測窗口材料、航空飛機(jī)窗口材料和紅外陳列成像引導(dǎo)窗口的理想選擇。