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技术交流

等离子表面处理技术及其应用

发布时间:2018-12-7 8:26:34 | 信息来源:
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一些年来,薄膜金刚石涂层已在一定程度上实现了批量生产。这种涂层的可用性变得更为普通。并且价格降低时,它们将有许多应用领域。根据这些情况,预计将有几亿美元的市场潜力。

应用都利用了金刚石的下述特殊性质:

①在所有已知材料中具有最高的硬度;

②最高的热传导性;

③极好的电绝缘;

④可与PTFE相比拟的很低的摩擦系数;

⑤只要不是对铁和不是处于高温之下。它都具有化学稳定性;

⑥从225nm到远红外区的光学透明度。

可能利用金刚石薄膜的众多的领域是:

①用作非铁金属和诸如铝钛台金、黄铜、铜、石墨、钨及强化塑料等磨蚀材料的切削工具;

②摩擦应用,倒如拉丝工具和关键的磨损部件;

③集成电路的散热片;

④X射线窗口;

⑤光学磨损保护涂层;

⑥由于它们的刚性强、重量轻,独立的金刚石薄膜可用于高质量的声学部件(话筒、扬声器);

⑦利用大的能带隙、高的载流子迁移率,低的介电常数、高温特性和高导热性的半导体器件。

目前可甩于制造金刚石薄膜的最重要的一些技术均采用同一简单原理。它们使用了氢与1%碳氢化台物(甲烷或乙炔)的混合气体。碳被沉积在热的基体上。氢分子被离解,它选择性地蚀刻已沉积的碳膜里的SP2链(氧也有同样的作用),并防止在表面上由于悬空链的饱和而再生成石墨键。

可利用以下不同的方法使氢离解:

①利用热丝或热化学火焰的加热;

②利用rf或dc等离子体喷射;

③使处于微波或ECR(电子回旋共振)等离子体内;

④利用dc弧放电。

一种利用强流、低压dc弧来制造金雕石膜的工业涂敷机由一个顶部有电离室、底部有阳极的圆筒形真空室组成。基体被排列在围绕弧的圆柱体上。按此方法可容纳大量基体。

等离子006.jpg

等离子表面处理——含有金属的类金刚石碳膜

近来,已认识到,在DLC(类金刚石碳)中,添加金属可解决如下几个问题:

①降低在涂层中的应力;

②增强附着力;

③改善机械性能的控和再生性。

Dimigen小组发明了用于生产DLC的新工艺:溅射等离子体辅助的CVD。dc等离子体和弧放电的利用使该项技术发展成为适合于大规模生产含金属DLC的高效加工工艺。含金属DLC涂层优于纯DLC的主要之处是它容易在各种基体上获得良好的附着力以及韧性。

含金属DLC涂层可适用于大多数的基体材料,特别是所有类型的钢和烧结的碳化物,甚至陶瓷。在所有这些应用中,附着力从未有过问题。这在很大程度上是由于可采用分级交界面实现从基体到涂层的过渡。

含金属的DLC涂层比纯LCD涂层坚韧得多,因此可将它们用于涉及到基体/涂层的疲劳强度的地方,例如滚动磨损。

由于舍金属的碳团粒有极好的磨损性能,长期以来,自然将它们用作为工程材料。该材制成薄膜有两个好处:

①基体/涂层合成物的综合机械性能可以最佳化;

②可以容易地改变薄膜的机械性能。

在含金属的DLC涂层中用得最普通的金属。对于磨损部件来说是钨,对于装饰品来说是钛。对WC/C涂层,所用的金属含量低于30%。涂层由多层结构组成,它由薄的铬附着层开始,接着是WC层和含W的DLC层。按应用要求,总的结构厚度在1μm至4μm之间变化。

WC/C涂层的一个非常有用的特性是其纳米层式结构,它由具有高的和低的金属含量的交替层组成。这种结构非常适于抑制系统磨损。其机理尚未完全了解,一个可能的解释是表面采用了类似镜面的光洁度,它坚硬而平滑,不磨损对应面。

已有许多例子证明,含金属的DLC涂层能延长关键部件的寿命。虽然涂层实际上不是自润滑的,但是它们对环境的不敏感和将低摩擦与低磨损极好的相结合使它们在那些不得不在无充分润滑下运行的机械部件上成为有用的材料。

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