A. 金剛石膜的類金剛石膜
類金剛石膜 (DLC)是一種與金剛石膜性能相似的新型薄膜材料,它具有較高的硬度,良好的熱傳導率,極低的摩擦系數,優異的電絕緣性能,高的化學穩定性及紅外透光性能。自Asienberg和Chabotv在1979年用離子束沉積法(Ion beam deposition)製得第一片DLC薄膜以來,人們對類金剛石膜的特性、制備方法及其應用領域進行了廣泛和深入的研究,類金剛石膜產品已被廣泛應用到機械、電子、光學和醫學等各個領域。 近年來,DLC膜的制備工藝發展迅速,已經開發出多種制備方法。這些方法大體分為兩大類:物理氣相沉積法和化學氣相沉積法,下面介紹幾種常用方法:
物理氣相沉積(PVD)
(1)濺射法 濺射法是工業生產中常用的薄膜制備方法,又分為直流濺射、射頻濺射、磁控濺射等不同工藝。
①直流濺射
直流濺射又稱二極磁控濺射,是最簡單的濺射方法。其原理是以靶材為陰極,基片為陽極,離子在陰極的吸引下轟擊靶面,濺射出粒子沉積在基片上成膜。直流濺射的優點是簡單方便,對高熔點、低蒸汽壓的元素也適用。缺點是沉積速率低,薄膜中含有較多氣體分子。
②射頻濺射
射頻濺射是利用射頻放電等離子體進行濺射的一類方法。由於射頻濺射所使用的靶材包括導體、半導體和絕緣材料等,因此應用范圍有所增加。其缺點是沉積速率低、荷能離子對薄膜表面有損傷,因而限制了該工藝的廣泛應用。
③磁控濺射
磁控濺射是上世紀七十年代後期發展起來的一種先進工藝,是在真空下電離惰性氣體形成等離子體,氣體離子在靶上附加偏壓的吸引下轟擊靶材,濺射出碳原子並沉積到基片上。它利用交叉電磁場對二次電子的約束作用,使得二次電子與工作氣體的碰撞電離幾率大大增加,提高了等離子體的密度。在相同濺射偏壓下,等離子體的密度增加,濺射率提高,增加了薄膜的沉積速率。而且由於二次電子和工作氣壓的碰撞電離率高,因而可以在較低工作氣壓(10—1~1Pa)和較低濺射電壓下(-500V)產生自持放電。濺射用的惰性氣體一般選擇氬氣(Ar),因為它的濺射率最高。
(2)離子束沉積
離子束沉積方法的原理是採用氬等離子體濺射石墨靶形成碳離子,並通過電磁場加速使碳離子沉積於基體表面形成類金剛石膜。離子束增強沉積是離子束沉積的改進型,它是通過濺射固體石墨靶形成碳原子並沉積在基體表面,同時用另一離子束轟擊正在生長中的類金剛石膜,通過這種方法提高了薄膜的沉積速率和緻密性,獲得的類金剛石膜在綜合性能方面有很大的提高。該工藝可以獲得具有較好的化學計量比、應力小且附著力高的薄膜,適合在不宜加熱的襯底上制膜。缺點是離子槍的尺寸較小,只能在較小或中等尺寸的基片上沉積薄膜,不適合大量生產。
(3)磁過濾真空弧沉積
這是近年來發展起來的一種新型離子束薄膜制備方法。弧源中的觸發電極和石墨陰極之間產生真空電弧放電,激發出高離化率的碳等離子體,採用磁過濾線圈過濾掉弧源產生的大顆粒和中性原子,可使到達襯底的幾乎全部是碳離子,可以用較高的沉積速率制備出無氫膜,有結果表明採用此技術可以獲得sp3鍵含量高達90%、硬度高達95,的無氫碳膜,其性質與多晶金剛石材料相近。
(4)激光電弧法
用高能激光束射向石墨靶面,蒸發出的碳原子在脈沖電流作用下產生電弧,形成的離子轟擊基體並沉積成膜。激光電弧法的沉積速度高,膜的含氫量低。
化學氣相沉積(CVD)
化學氣相沉積的主要方法有金屬有機化學氣相沉積(MOCVD),等離子體輔助化學氣相沉積和激光化學氣相沉積(LCVD)等,而應用最廣的主要是等離子體輔助化學氣相沉積,主要有以下幾種:
(1)直流化學氣相沉積 通過直流輝光放電來分解碳氫氣,從而激發成等離子體。等離子體與基體表面發生相互作用,形成DLC膜。Whitmell等首次報道用甲烷氣體輝光放電產生等離子,在直流陰極板上沉積成膜,但該方法成膜的厚度小,速率低,因此應用相對較少。
(2)射頻化學氣相沉積 通過射頻輝光放電來分解碳氫氣體,再沉積到基體上形成DILC膜。射頻化學氣相沉積又分為感應圈式和平行板電容耦合式:感應圈式沉積速率小,膜層質量較差,因此應用較少。平行板電容耦合式是通過射頻輝光放電將碳氫氣體分解為CnHm+離子,在負偏壓作用下沉積到基體上形成DLC,具有低壓下生成的薄膜厚度均勻、生產效率高、沉積速率高、穩定性好、可調性和重復性好等特點。
(3)微波等離子體化學氣相沉積 微波能量通過共振耦合給電子,獲得能量的電子與工作氣體分子發生非彈性碰撞,使工作氣體電離從而產生等離子體。採用該工藝可以高速率地獲得高純度的反應物質(特別是有高化學活性的反應物質),減少高能離子對沉積物質或基體表面的損傷,提高反應物質的反應活性;可以控制參加反應的粒子的能量,獲得其他方法難以得到的高能亞穩定相結構。
近年來,出現了高沉積速率和大沉積面積的雙源法,如①雙射頻輝光放電。與射頻輝光放電相比,雙射頻的離化率和沉積速率更高,制備的膜層緻密、壓應力低。②微波一射頻。該方法無氣體污染及電極腐蝕,可以制備高質量薄膜,但沉積速率較低,設備昂貴,成本較高。③射頻一直流輝光放電。它在射頻輝光放電的基礎上增加一直流電源,從而能在很大范圍內調節轟擊離子的能量,因此沉積速率較快,獲得的薄膜質量高。 機械性能及應用
由於類金剛石膜具有高硬度、高耐磨性和低摩擦因數,因此適用於軸承、齒輪等易損機件的抗磨損鍍層,尤其適合作為工具表面的耐磨塗層,可顯著提高其壽命。如在印製電路板上鑽孔的微型硬質合金鑽頭上鍍膜後可在提高鑽削速度50%的情況下,提高鑽頭壽命5倍。在鍍鋅鋼板的深沖模具上沉積了摻W的DLC膜後可以不用潤滑劑,經同樣次數的深沖後工件的表面質量仍明顯優於未鍍膜模具所沖工件。在製造易拉罐時,用高速鋼模具對鋁板沖壓,若無保護膜,只沖壓幾次工件的孔邊就出現毛刺,而鍍上膜後沖壓5000次也不會出現毛刺。近年來更通過在膜中摻入雜質離子或制備梯度膜、復合膜、多層膜等進一步改善薄膜的摩擦、磨損性能。有研究表明,在膜中摻入適量Ti,膜的摩擦系數由未摻雜時的約0.20下降到約0.03。在鋼襯底上制備Ti/Ti C的DLC梯度膜,其硬度達60~70 GPa,摩擦系數得到改善,耐磨性能也顯著增強。
隨著個人計算機的廣泛普及,對硬碟和磁頭等存儲介質的性能要求也越來越高。將磁碟、磁頭或磁帶表面塗覆很薄的DLC膜,不僅可以極大地減小摩擦磨損和防止機械劃傷,提高各類磁記錄介質的使用壽命,而且由於膜層具有良好的化學惰性,可以使抗氧化性提高、穩定性增強。
電學性能及應用
近年來,類金剛石膜在微電子領域的應用逐漸成為熱點。由於類金剛石膜較低的介電常數以及容易在大的基底上成膜的特點,可望代替Si0,成為下一代集成電路的介質材料。類金剛石膜具有良好的化學穩定性,因而發射電流穩定,且不污染其他元器件;膜的表面平整光滑,電子發射均勻,並且具有負的電子親和勢、相對較低的有效功函數和禁帶寬度,在較低的外電場作用下能產生較大的發射電流,因此可以在平板顯示器中得到應用。
光學性能及應用
類金剛石膜具有良好的光學特性,比如良好的光學透明度、寬的光學帶隙,其折射率的大致范圍為1.8~2.5,光學帶隙的范圍為O.5~4,特別是在紅外和微波頻段的透過性和光學折射率都很高,可作為鍺光學鏡片上和硅太陽能電池上的減反射膜和保護層,在紅外光學透鏡上鍍制類金剛石膜可以起到增透和保護作用,也可將類金剛石膜鍍在航天器或其它光學儀器上作窗口。
生物相容性及醫學上的應用
由於類金剛石膜具有良好的耐磨性、化學穩定性和生物相容性,將類金剛石膜沉積在人工關節表面,其抗磨損性能可以和鍍陶瓷和金屬的製品相比;在鈦合金或不銹鋼製成的人工心臟瓣膜上沉積類金剛石膜能同時滿足機械性能、耐腐蝕性能和生物相容性要求,從而增加了這些醫學部件的使用壽命。利用DLC薄膜表面能小、不潤濕的特點,美國ART公司通過在DLC膜內摻人Si0,網狀物、過渡金屬元素以調節其導電性,生產出不粘肉的高頻手術刀推向市場,明顯改善了醫務人員的工作條件。雖然類金剛石膜以其優異的性質在生物醫學材料領域有廣泛的應用前景,但目前這方面研究工作開展得相當有限,仍需作更進一步的深入研究。
B. 類多晶金剛石和多晶金剛石哪種好
各有優點,類多晶便宜,有與多晶相同的去除能力,缺點是持久性不強。
C. 金剛石刀具有那幾種,分別有什麼不同,哪裡的金剛石刀具好一些
金剛石工具從製作上可分為四大類:燒結、電鍍、釺焊、樹脂;按用途可分為:切割、鑽孔、磨拋。至於說哪裡的金剛石工具好,就不好說了,一些大廠、上市公司,由於自身實力強,在設備,原材料、工藝、研發、售後服務等方面做的很好,產品質量有保證;也有個體戶做的東西比大廠的還好。
D. 金剛石磨頭和硬質合金哪個硬度高
首先,硬度可以定義為物質抵抗變形的能力,可以有最硬的天然物質,目前就是金剛石了。人工合成的物質,例如碳炔,甚至石墨烯都可以有比金剛石更好的理論硬度(但沒什麼卵用,因為沒法用來做個鑽頭...)。
金屬...首先金屬物質形成的基礎是金屬鍵,金屬鍵是一堆可以滑動的原子和和彌漫在原子中「電子氣」構成,原子可以滑動,因此...純的金屬韌性都很好,硬度什麼的,那是天然不及共價鍵的物質,例如氮化硼,碳化鐵,三氧化二鋁...
那麼,增加金屬的硬度,實際上就是要限制原子的滑動,所謂合金,是改善金屬的特性(例如抗腐蝕...),並不是僅僅為了增加硬度,因為單有硬度沒什麼卵用,例如最便宜白口生鐵幾乎是純碳化鐵,很硬,但你可以敲斷它。鋼鐵的硬度和強度實際上是金屬鐵基體上彌漫的碳化鐵顆粒提供,高含碳量的碳素工具鋼硬度已經很好了,合金工具鋼不是因為硬度,而是紅硬性,也就是高溫下的硬度(例如高速鋼,通過添加鎢,獲得高溫下的硬度,可以高速切削)
各種金屬產品的硬度是隨加工條件變化的(熱處理,噴丸處理...),所以金屬的硬度是個復雜的問題。
最後回答最硬的合金,那當然是硬質合金,不過硬質合金是用金屬鈷做粘接劑,將超硬的金剛石,氮化硼,碳化鐵什麼的粉末粘接在一起形成的,這更像是陶瓷,而不是合金。如果我們還是把硬質合金當成合金看,那麼金剛石聚晶材料,例如金屬粘接的金剛石粉末(金剛石聚晶)材料,在這個問題下,應該是准確的答案!
E. 金剛石砂輪哪個品牌質量好
這個牌子多了,現在如果要求不高的話國內多的是,看你加工產品什麼要求了,晶興金剛石砂輪不錯的
F. 請問一下金剛石哪個比較好啊
金剛石俗稱金剛石鑽,分為天然金剛石和人造金剛石兩種。天然金剛石分為Ⅰ型和Ⅱ型兩類,並進一步細分為Ⅰa、Ⅰb、Ⅱa、Ⅱb四個亞類。Ⅱ型金剛石比較少見,所以非常珍貴。
再說說人造金剛石,人造金剛石根據金剛石的強度和粒度分為多個品質,高強度的金剛石製作的金剛石工具耐磨但不鋒利,低強度金剛石鋒利但不耐磨。如果答非所問,請聯系我繼續為您回答。
G. 哪個牌子的金剛石砂輪好 金剛石砂輪哪個品牌質量好
金剛石砂輪主要看你磨什麼材料了,國內做砂輪的廠家很多,一般每個廠家都有自己的強項你要是磨硬質合金,陶瓷,磁材,熱噴塗之類的產品鄭州聚創磨具生產的金剛石砂輪質量非常好,希望可以幫到你
H. 合金刀具和金剛石刀具哪個前景好
與金剛石結合較強的材料有鈦、鉻、鎢、鉬。這些材料可在一定條件下形成碳化層,增強與金剛石的結合。硬質合金是碳化鎢為主的材料,且用於工具已廣泛商品化,成本和工藝上均適合規模應用。另外,硬質合金的硬度和強度作用金剛石層的支撐材料十分理想,因此目前只能用硬質合金作為基體。
I. 石墨與金剛石哪個穩定
石墨的能量低,比較穩定
1.從整體構架看,石墨的是平面六邊形而金剛石是立體網狀,只能說金剛石的物理性穩定,也就是說,拿金剛石比石墨要硬,但是具體到每一個晶塊的話,石墨的六邊形要穩定。
2.從能量的角度看,研究表明同素異形體中,能量越低越穩定。石墨變金剛石需要吸熱,能量越高的物質越不穩定,金剛石較石墨能量高,所以不穩定,石墨的熔點也高於金剛石。從石墨到金剛石,由一個穩態到另一個穩態的過程,穩態度遞減。
J. 比金剛石的硬度更大合金有哪些
金剛石就是我們常說的鑽石(鑽石是它的俗稱),它是一種由純碳組成的礦物,它是自然界中最堅硬的物質。金屬中最硬的是鉻。 合金中最硬的是鈦合金。其它很硬的還有剛玉(氧化鋁)。
依照摩氏硬度標准(Mohs hardness scale)共分10級,金剛石(鑽石)為最高級第10級。
因此, 金剛石(鑽石)是目前硬度最大的物質,各種合金的硬度都比金剛石(鑽石)小 。