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納米金鋼石薄膜的常溫沉積
項目持有者：唐兆麟
聯(lián)系方式：zhaolin@telus.net
項目介紹：
金鋼石膜具有極其優(yōu)異的物理和化學性能--高硬度，低摩擦系數(shù)，高彈性模量，高熱導，高絕緣，高能隙以及載流子的高遷移率和良好的化學穩(wěn)定性等，這些優(yōu)點決定了它在電子，光學，機械，航天等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用價值。
目前商業(yè)化的金剛石膜主要采用化學氣相沉積制備，應(yīng)用在刀具行業(yè)。然而化學氣相沉積工藝沉積溫度高(>800度)，對許多低熔點基體材料如玻璃、金屬鎂鋁、樹脂、塑料等并不適用，因此限制了金剛石膜更廣泛的應(yīng)用。而且用此工藝制備的金剛石膜中含有氫，脫氫將導致金剛石石墨化，降低其熱穩(wěn)定性。物理氣相沉積工藝雖然能大大降低沉積溫度，但缺點是用此工藝制備獲得的薄膜為金剛石SP3鍵的非晶薄膜，也稱為非晶金剛石或類金剛石膜。盡管非晶金剛石膜具有金剛石的某些優(yōu)良性能，近年來在刀具和電子行業(yè)獲得了一些應(yīng)用。但非晶金剛石膜的硬度，摩擦系數(shù)，及化學穩(wěn)定性等仍比不上金剛石膜。
為了彌補傳統(tǒng)化學氣相沉積、物理氣相沉積工藝的缺陷，擴展金鋼石膜的應(yīng)用范圍，滿足工程涂層的實際需要，本人利用國外表面工程設(shè)備的最新進展，研究開發(fā)了納米金鋼石薄膜的常溫沉積工藝。該工藝特點主要表現(xiàn)在：1)采用傳統(tǒng)的物理氣相沉積方法，配以現(xiàn)代的離子束純化和控制工藝，實現(xiàn)金鋼石膜的常溫沉積； 2) 所得金剛石膜具有納米晶體結(jié)構(gòu)，在保持金剛石的優(yōu)異性能基礎(chǔ)上兼具納米材料的獨特機械，光學和電學性能；3)采用單一碳離子沉積薄膜，薄膜不含氫，大大提高薄膜的熱穩(wěn)定性；4)工藝可控性好，重復性好, 可實現(xiàn)大面積鍍膜; 5)工藝過程潔凈無污染，是一項環(huán)保技術(shù)。
該納米金鋼石薄膜的常溫沉積工藝將大大拓寬金鋼石薄膜應(yīng)用領(lǐng)域和基材范圍，可適合于許多低熔點基體材料如玻璃、金屬鎂鋁、樹脂、甚至塑料。薄膜具有納米結(jié)構(gòu)，在保持金剛石的優(yōu)異性能基礎(chǔ)上兼具納米材料的獨特性能，如薄膜表面非常光滑，膜內(nèi)應(yīng)力小，具備半導體性能，冷陰極發(fā)射功能等。這些性能決定了該項技術(shù)適用性非常廣泛。切削刀具是目前化學氣相沉積金鋼石膜應(yīng)用最廣泛的行業(yè)，而利用該納米金鋼石薄膜的常溫沉積工藝所獲得的金鋼石膜其粘附性和熱穩(wěn)定性更好，進一步提高刀具的切削速度和涂層的使用壽命。利用該工藝能在玻璃和塑料上沉積表面非常光潔的薄膜，使它在眼鏡，手表，手機視窗，汽車玻璃，家用電器等行業(yè)中有十分廣泛的應(yīng)用前景。該納米金剛石薄膜的獨特性能將進一步拓寬其在半導體，微電子器件，讀寫磁頭，DVD、CD、MD光盤等行業(yè)的應(yīng)用。利用該工藝得到的納米金鋼石薄膜具有非常好的生物相容性，這正是人工關(guān)節(jié)和心臟瓣膜的理想生物涂層。
該工藝所需設(shè)備是在傳統(tǒng)物理氣相沉積設(shè)備的基礎(chǔ)上配以離子束純化和控制部件。目前這些部件都已國產(chǎn)化。設(shè)備成本比傳統(tǒng)物理氣相沉積設(shè)備高30%左右。工藝運行成本低，消耗原料僅石墨靶材和氬氣。工藝過程易實現(xiàn)自動化。
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