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纳米金刚石镀膜百科名片
纳米金刚石镀膜,是一种源于太空技术的镀膜技术。该技术生产的纳米级非
晶金刚石薄膜最薄可以达到2纳米,金刚石结构SP3的含量超过80%。这样的
薄膜具有天然金刚石的许多优异特性:它生成的薄膜具有超硬、耐磨、高绝缘、
高导热率、摩擦系数低、膜层均匀、致密度高、耐腐蚀和附着力高等特点,薄膜
还具有无色透明,对材质的光学特性基本不产生影响。
纳米金刚石镀膜的发展及应用
太空技术基于金刚石诸多优异的力、热、光、电等性质,优良的化学惰性,
以及很好的热稳定性等,在机械、光学、电子学及声学等领域都有着广阔的应用
前景,但是由于其数量稀少且价格昂贵,早期在现实中的应用是十分有限的。
上个世纪80年代初苏联的Spitsyn 和日本的Matsumoto 等人发明了低压气
相合成金刚石膜技术,用该种方法制备的金刚石薄膜,其性能接近天然金刚石(钻
石),因而金刚石薄膜一经问世就迅速达到商业化应用的水平,从而在世界范围
内掀起了研究金刚石薄膜的热潮。
经过20 多年的研究,金刚石薄膜在机械加工领域已经获得成功应用,尤其
是在切削领域,如使用金刚石薄膜后的刀具可显著延长使用寿命。
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随着光学玻璃抛光工艺不断向前发展,对抛光材料的选取有了新的要求,
纳米金刚石具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数等优点,具备良好的磨削性能因
而金刚石薄膜又被逐渐应用于精细抛光等领域,最早被应用于金属上。
近年来,该技术被发掘应用于饰品领域,对钻石离子进行迁移和融合,在顶
级切磨工艺的优质立方氧化锆表面覆上一层纳米级钻石涂层,使之呈现出天然钻
石般的璀璨光彩和硬度,生产出高品质八心八箭的优质混合型钻石,价格却远远
低于天然钻石,而99%经验丰富的珠宝商都无法用肉眼分辨出这种钻石与天然
钻石。在这项尖端的引领下,以宝施奥钻为代表的新型钻石正在掀起一场钻石界
的革命。
纳米金刚石镀膜的特性
1、 高硬度,国内国际的多项测定表明,纳米压入仪测定的硬度达到80GPa
(HV8000),经由纳米金刚石镀膜的工具及产品,硬度远远大于未经镀膜的;
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2、 镀膜与基体的结合度极高,不会产生镀膜层脱落;
3、摩擦系数低至0.092-0.105 (对金属钢);
4、 耐磨性能急速提高。许多材料经镀膜后,耐磨性可提升100倍以上;
5、耐腐蚀性更好,纳米金刚石涂层具有化学惰性,例如,覆有100 纳米金刚石
涂层的电镀件,可经受300 小时的盐雾试验,不出现腐蚀变异。
纳米金刚石镀膜在平整度和光泽度上远远优于微米金刚石镀膜
图1 分别是微米金刚石膜和纳米金刚石膜的低倍和高倍SEM 照片。可以看出微
米金刚石薄膜表面相当粗糙,微米金刚石薄膜晶粒具有明显的择优取向,晶粒堆
积在一起导致薄膜表面出现许多突出的棱角,因而薄膜表面较为粗糙;而纳米金
刚石薄膜晶粒得到细化,无明显的择优取向,晶粒尺寸15~20 nm (图1,d ),纳
米晶粒聚集在一起形成一些微米级的小块(图1,c ),由这些微米级的小块形成
金刚石膜的表面,因而表面更加平坦。
图1 薄膜表面SEM照片
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图2 分别是微米金刚石膜和纳米金刚石膜的断面SEM 照片。从图中可以看
出二者组织结构明显不同。
图2 薄膜的断面形貌
微米金刚石薄膜是一种柱状组织结构,薄膜与衬底表面呈犬牙交错型(图2,
a),这种薄膜表面粗糙度较高,这与图1 得到的结果是一致的;而纳米金刚石
薄膜是一种类似于细沙堆积起来的结构,薄膜与衬底间近似一条直线,从断面形
貌来看,纳米金刚石薄膜表面是平整的,薄膜表面较微米金刚石薄膜平坦许多,
这与图
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