西安交通大学科技成果一种超硬非晶碳薄膜的制备装置和工艺
项目简介碳基薄膜包括种类很多，例如石墨、金刚石、非晶碳、石墨烯、碳纳米管、碳化硅、碳化钛等，因此碳基材料具有非常丰富的物理化学特性，一直是科学家研究的重点。碳基薄膜中C有四个价电子，可以有包含sp3、sp2和sp1三种杂化方式。在sp3键组态中，碳原子的4个价电子分别与相邻碳原子结合，形成一个正四面体取向的sp3杂化轨道，形成加强的σ键；在sp2组态中，4个价电子中的3个与相邻碳原子结合，形成平面三角形的sp2杂化轨道，也是σ键，第4个价电子则处在垂直于平面的轨道，形成较弱的π键；而在sp1组态中，只有两个价电子形成σ键，其它的两个则形成π键，根据sp3、sp2和sp1三种杂化方式的组合构成碳基材料的结构和物理特性。当薄膜中以SP2杂化键为主时，呈现出石墨的特性，当薄膜中以SP3杂化键为主时，呈现了金刚石特性，通常称为金刚石或类金刚石膜（DLC）。金刚石薄膜具有高硬度、低摩擦系数、导热、绝缘、吸收紫外、抗辐射损伤、耐腐蚀等诸多优良的物理化学特性一直是科学家研究的热点课题。金刚石薄膜分为单晶、多晶和非晶态材料，单晶和多晶金刚石材料常常是在高温下形成，而DLC是在常温下形成的一种亚稳态的非晶
f态材料，可分为含氢类金刚石膜（hydroge
atedamorphouscarbo
，简称aCH）和不含氢类（amorphouscarbo
，简称aC）。一般aC的sp3键含量高于aCH，所以也具有更高的硬度。当aC中sp3键含量达70以上，被称为非晶四面体碳（tetrahedralamorphouscarbo
，简称taC）。本项目即为tac薄膜制备技术。
衡量金刚石薄膜质量的方法主要是看其SP3结构含量，含量越高，其性质越接近天然金刚石，如何得到高含量的sp3键是科学家们研究的重点。而目前国际上制备的金刚石薄膜以tac的SP3含量最高，可以达到85以上，因此其性质最接近天然金刚石。
本项目目前达到的水平为：SP3结构达到87，薄膜硬度HV≥85Gpa，平整度02
m，摩擦系数≤008，紫外吸收97以上。
技术性能指标（1）装置的技术水平达到国际先进，制备的薄膜均匀，重复性好、工艺稳定。（2）制备的非晶碳薄膜SP3结构超过85以上，摩擦系数小于01以下，并可达到沉积工作条件为常温（80C）以下。（3）可以根据不同基体设计不同涂层组合的复合涂层结构，并具有良好的附着力、耐磨损、摩擦系数小的良好特性。（4）镀膜的均匀性在1。市场前景及应用本课题经过近十年研究开发，形成了一系列成果包括：（1）离子镀膜r