摘要
　　
　　采用過濾陰極真空電弧離子鍍膜技術(shù)在不同基材上沉積無氫非晶金剛石膜，并對(duì)鍍膜試樣進(jìn)行納米壓入硬度，彈性模量，膜/基結(jié)合力，摩擦系數(shù)，耐磨性，耐蝕性，耐候性，透光性和生物相容性試驗(yàn)。結(jié)果表明，這種無氫非晶金剛石膜的硬度HV高達(dá)74.8~84.0GPa，楊氏彈性模量E高達(dá)750.8~829.7GPa，摩擦系數(shù)μ為0.092~0.105，并有良好的膜/基結(jié)合力，高耐磨性，高耐蝕性，良好的耐候性，高的透光率和優(yōu)良的生物相容性。文中還系統(tǒng)介紹了非晶金剛石膜的應(yīng)用領(lǐng)域和某些應(yīng)用案例。
　　
　　一、前言
　　
　　30多年前，Aisenberg和Chabot用高能離子束在室溫下沉積成功類金剛石碳膜，此后，在世界上便興起了類金剛石膜的研究和應(yīng)用開發(fā)熱潮。類金剛石膜通常為非晶態(tài)或含有部分納米晶，是金剛石結(jié)構(gòu)（SP3）和石墨結(jié)構(gòu)（SP2）的混合物，其硬度，彈性模量等性能主要取決于膜中的SP3結(jié)構(gòu)的含量。當(dāng)SP3≥20%，硬度HV≥2000時(shí)，稱為類金剛石碳膜（DLC）；當(dāng)SP3≥70%，硬度HV≥7000時(shí)，稱為非晶金剛石膜，因?qū)儆谒拿骟w金剛石結(jié)構(gòu)，又稱為四面體非晶金剛石碳膜（ta-c）。
　　
　　無氫的類金剛石碳膜沉積技術(shù)主要有直接離子束沉積、電弧放電沉積、磁控濺射沉積、離子輔助沉積、激光蒸發(fā)沉積、質(zhì)量選擇離子束沉積和過濾陰極真空電弧沉積等技術(shù)。過濾陰極真空電弧離子鍍膜技術(shù)（FCVA）代表最新一代鍍膜技術(shù)。
　　
　　過濾陰極真空電弧離子鍍膜機(jī)具有以下特點(diǎn)：配備有高效的電磁過濾系統(tǒng)，可將石墨固體離子源產(chǎn)生的等離子體中的宏觀碳粒子、離子團(tuán)（Cnm+ ）過濾干凈，保證進(jìn)入真空室沉積的離子為一價(jià)碳離子（C+ ），使得鍍膜達(dá)到原子級(jí)光潔度，實(shí)現(xiàn)針孔率極低的納米級(jí)鍍膜；配備有氣體離子源清洗系統(tǒng)，能有效清除工件表面吸附的氣體和污染物，活化表面，并產(chǎn)生較多的表面空穴，從而可有效提高膜/基結(jié)合力；配備有離子掃描裝置，能方便地實(shí)現(xiàn)大面積鍍膜；真空電弧系統(tǒng)遠(yuǎn)離鍍膜室，使工藝溫度低于80℃；各種本征物理沉積參量可控制，有利于對(duì)非晶金剛石膜生長(zhǎng)過程的深入研究和精細(xì)調(diào)節(jié)鍍膜的性能。本文的非晶金剛石膜就是用這種設(shè)備制備的。
　　
　　本文著重介紹在非晶金剛石膜與其應(yīng)用密切相關(guān)的一些性能特性方面的研究成果，并介紹非晶金剛石膜的生產(chǎn)應(yīng)用效果及應(yīng)用前景。
　　
　　二、 非晶金剛石膜的性能特性
　　
　　2.1非晶金剛石膜的基本特性
　　
　　當(dāng)非晶金剛石膜中SP3≥70%時(shí)，其物理、化學(xué)、力學(xué)性能與天然金剛石很相近。綜合一些文獻(xiàn)的研究成果，列于表1。
　　
　　Tabele1.Basic properties of amorphous diamond coating
 

　　針對(duì)用FCVA技術(shù)制備的非晶金剛石膜，進(jìn)行了鍍膜硬度，彈性模量，摩擦系數(shù)，膜/基結(jié)合力，耐磨性，耐候性，耐蝕性，生物相容性等實(shí)驗(yàn)研究。以下作分別介紹。
　　
　　2.2非晶金剛石膜的硬度和彈性模量研究
　　
　　在0Cr18Ni9不銹鋼基材上鍍制約1350nm的非晶金剛石膜，在美國(guó)MTS公司生產(chǎn)的納米硬度計(jì)（Nano Indenter XP）上測(cè)定膜層硬度和彈性模量。結(jié)果表明，非晶金剛石膜的硬度HV為74.831~84.072GPa，平均為79.516GPa；彈性模量E為750.815~829.723GPa，平均為794.093GPa。這表明，制備的非晶金剛石膜的硬度和彈性模量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常見的同類膜的硬度（＜56GPa），已達(dá)到CVD技術(shù)制備的結(jié)晶金剛石膜的水平。從試驗(yàn)結(jié)果推測(cè)，試驗(yàn)?zāi)ぶ蠸P3含量應(yīng)達(dá)80%以上。