В области материаловедения и поверхностной инженерии алмазоподобные углеродные (DLC) пленки в последние годы стали востребованным передовым материалом для покрытий благодаря сочетанию высокой твердости алмаза и смазывающих свойств графита. Они обладают такими характеристиками, как высокая твердость, низкое трение, превосходная коррозионная стойкость и высокая теплопроводность, и их применение охватывает различные отрасли, включая машиностроение, оптоэлектронику, электронную упаковку, биомедицину и хранение химических веществ. Они считаются одной из ключевых технологий для увеличения срока службы и производительности компонентов.
Для промышленных заказчиков, ищущих высокоэффективные мишени для DLC-покрытий, сверхтвердые материалы или услуги по производству тонких алмазных пленок: компания Honway Industrial Co., Ltd., как профессиональный поставщик сверхтвердых материалов и редкоземельного сырья, не только предоставляет чистые, высококачественные графитовые мишени и функционально легированное сырье, но и проводит углубленные исследования в области технологий и применений DLC-покрытий.
Если вам необходимы инструменты или детали для нанесения алмазного покрытия на тонкие пленки или алмазоподобные тонкие пленки (например, a-C:H, ta-C), пожалуйста, свяжитесь с Honway. Если после прочтения этой статьи у вас все еще остаются сомнения относительно выбора наиболее подходящей технологии нанесения покрытия или расходных материалов для предварительной обработки, вы можете напрямую связаться с Honway, чтобы обсудить ваши пожелания с нашей командой специалистов.
Оглавление
Различия между тонкими пленками алмаза и тонкими пленками алмазоподобного углерода (DLC).
Тонкие пленки из алмазоподобного углерода (DLC) принципиально отличаются от пленок из настоящего алмаза (кристаллической алмазной пленки) по используемым исходным материалам и структуре углеродных связей.
- Принципиальное различие заключается в структуре:
- Алмазные пленки представляют собой настоящие кристаллы и обладают всеми исключительными свойствами алмазов (твердостью, теплопроводностью).
- Пленки DLC являются аморфными и представляют собой смесь свойств алмаза (sp3) и графита (sp2), отсюда и название «алмазоподобные».
- Различные ориентации приложения:
- Тонкие алмазные пленки в первую очередь предназначены для экстремальных применений, особенно тех, которые требуют сверхвысокой твердости или высокой теплопроводности.
- Пленки DLC в основном используются в трибологических приложениях (износ и трение) благодаря их чрезвычайно низкому коэффициенту трения и преимуществам низкотемпературной обработки, что приводит к расширению спектра применения и снижению затрат.
DLC-покрытие можно рассматривать как «сбалансированную по характеристикам и экономичности» альтернативу, которая сохраняет некоторые преимущества алмаза (твердость, износостойкость), добавляя при этом преимущества графита (смазывающие свойства), что делает его более универсальным покрытием для промышленного применения.
Характеристики тонких пленок, подобных алмазу.
- Высокая твердость и износостойкость: твердость может достигать 15–30 ГПа, эффективно предотвращая износ и царапины.
- Низкий коэффициент трения: в условиях сухого скольжения коэффициент трения может быть ниже 0,1, что значительно снижает потери энергии.
- Химическая инертность и коррозионная стойкость: материал устойчив к воздействию кислот, щелочей, влаги и окислительных сред.
- Превосходная теплопроводность: способствует рассеиванию тепла и обеспечивает стабильность, что особенно важно для мощных компонентов.
- Превосходная оптическая прозрачность: специальные составы могут применяться для защитных слоев оптических и сенсорных линз.
Механизм образования алмазоподобных тонких пленок
Ключевое различие: содержит ли он водород (H) и в каком количестве.
Тонкие пленки DLC представляют собой аморфные углеродные структуры, состоящие из смеси связей sp³ (алмазная структура) и связей sp² (графитовая структура). Это соотношение связей определяет твердость пленки, электропроводность и оптические свойства.
Его образование в основном происходит в результате высокоскоростного удара ионов углерода или нейтральных атомов углерода о поверхность подложки, что приводит к их накоплению. В ходе этого процесса можно регулировать содержание водорода или легирующих элементов для изменения свойств пленки. Например:
- Водородсодержащий аморфный углерод (a-C:H): обладает низким коэффициентом трения и износостойкостью, особенно хорошо работает в сухих условиях, а температура обработки относительно низкая.
- Бесводородный аморфный углерод (a-C): обладает высокой твердостью, близкой к твердости настоящего алмаза, и устойчив к высоким температурам.
ДЛК с добавлением фтора (F-DLC): обладает превосходной гидрофобностью и биосовместимостью, что делает его пригодным для медицинского применения.
Разработка технологии изготовления тонких пленок, подобных алмазу.
Благодаря достижениям в области вакуумного напыления и ионного обмена, методы осаждения тонких пленок DLC стали все более разнообразными. В настоящее время основные процессы включают:
- Ионно-лучевое осаждение: позволяет точно контролировать энергию и скорость осаждения, что обеспечивает превосходную адгезию пленки.
- Напыление: широко используемый промышленный процесс, подходящий для массового производства и обработки подложек большой площади.
- Плазменно-ассистированное химическое осаждение из газовой фазы (PECVD): низкотемпературный процесс.（<100℃）Подходит для пластмасс или материалов с низкой температурой плавления.
- Напыление катодным вакуумным дуговым разрядом (CVA): позволяет сформировать плотный пленочный слой за короткое время.
- Лазерно-дуговое осаждение: высокая скорость осаждения, подходит для изготовления многослойных структур и композитных материалов.
Таблица применения технологий
| Технологическая технология | Основные области применения и продукты | Основная причина выбора этой технологии | Смежные области |
| Осаждение ионным пучком (IBD) | Высокоточные оптические компоненты (такие как высокоточные фильтры и антиотражающие покрытия), ключевые тонкопленочные слои для полупроводников, специализированные датчики, такие как гироскопы, и биосовместимые покрытия (например, антибактериальные серебряные покрытия для медицинских имплантатов). | 1. Чрезвычайно высокое качество пленки: пленка плотная, очень чистая и имеет мало дефектов. 2. Точный контроль: энергия и поток ионов могут контролироваться независимо и с высокой точностью, обеспечивая чрезвычайно высокую однородность толщины и стехиометрию, что имеет решающее значение для прецизионной оптики и полупроводников. 3. Превосходная адгезия: ионная бомбардировка повышает адгезию между пленкой и подложкой. | Наука и техника, оптика, аэрокосмическая отрасль, медицина, исследования |
| метод осаждения методом распыления | Промышленные режущие инструменты/формы (например, для получения твердых пленок, таких как нитрид титана TiN и TiAlN), полупроводниковые процессы (например, диффузионные барьерные слои и межсоединения), оптические покрытия больших площадей и декоративные покрытия (например, для часов и ювелирных изделий). | 1. Широко используется в промышленности и массовом производстве: подходит для обработки больших площадей подложек и массового производства, отличается стабильным и отработанным процессом. 2. Превосходная однородность пленки: особенно магнетронное распыление позволяет эффективно повысить скорость осаждения и плотность пленки. 3. Разнообразие материалов: позволяет осаждать различные металлы, сплавы и сложные тонкие пленки. | Промышленность, технологии, автомобилестроение, декор |
| Плазменно-ассистированное химическое осаждение из газовой фазы (PECVD) | Нанесение тонких пленок на подложки, чувствительные к низкотемпературным процессам (такие как пластмассы и гибкие электронные подложки), полупроводники (например, защитные слои, изоляционные слои и диэлектрические изоляционные слои), пленки для солнечных элементов и медицинские устройства (биосовместимые DLC, требующие низкотемпературных процессов). | 1. Процесс при чрезвычайно низкой температуре: температура осаждения может быть ниже 100 °C, что делает его предпочтительным методом обработки термочувствительных пластмасс, полимеров или закаленных прецизионных деталей. 2. Хорошее покрытие ступенек: обеспечивает превосходное покрытие сложных структур в полупроводниковых процессах. | Технологии, медицина, гибкая электроника, исследования |
| Катодное вакуумно-дуговое осаждение (CVA) | Износостойкие покрытия высокой твердости (например, композитные пленки из TiN, CrN, TiAlN и др.) используются в автомобильных деталях, режущих инструментах, промышленных пресс-формах и механических деталях, работающих в условиях высоких температур и агрессивных сред. | 1. Высокая скорость ионизации: плазма практически полностью состоит из ионов металла, что приводит к быстрому осаждению и образованию плотной пленки за короткое время. 2. Чрезвычайно прочная адгезия: высокоэнергетические ионы металла проникают глубоко в поверхность подложки, обеспечивая исключительно прочную адгезию между покрытием и металлической подложкой. 3. Высокая плотность пленки: плотная структура делает ее пригодной для работы в агрессивных абразивных средах. | Промышленность, автомобилестроение, аэрокосмическая отрасль, исследования |
| Лазерно-дуговое осаждение | Перспективные материалы: тонкие пленки, многослойные структуры, сложные составные тонкие пленки (такие как керамические оксидные пленки, нитридные пленки и сверхрешетки), а также области применения в научных исследованиях. (Обычно это относится к импульсному лазерному осаждению (PLD)). | 1. Поддерживает стехиометрию мишеней из редкоземельных элементов: мгновенное лазерное испарение редкоземельных мишеней позволяет полностью перенести компоненты сложных соединений на тонкие пленки. 2. Высокая скорость осаждения: подходит для быстрого изготовления многослойных или композитных материалов. 3. Широкая гибкость применения: может использоваться для изготовления различных типов тонкопленочных материалов. | Исследования, технологии, аэрокосмическая отрасль |
В будущем развитие будет смещаться в сторону многослойного структурированного осаждения, осаждения на больших площадях и технологий с высокой адгезией для удовлетворения разнообразных потребностей промышленного и биомедицинского применения.
Применение алмазоподобных пленок в различных отраслях промышленности.
Применение в производстве плесени
В индустрии пресс-форм DLC-пленки могут значительно продлить срок службы пресс-форм, как правило, в 2–10 раз. Их высокая теплопроводность способствует быстрому выделению тепла, улучшая текучесть и эффективность рассеивания тепла при литье пластмасс под давлением и литье металлов. DLC-покрытие особенно подходит для применения в пресс-формах для литья пластмасс под давлением, оптических пресс-формах, пресс-формах для литья под давлением армированных волокном материалов, пресс-формах для порошковой металлургии, штамповочных матрицах и матрицах для экструзии алюминия. Благодаря низкому трению и высоким смазывающим свойствам DLC-покрытие может сократить время формования, улучшить извлечение изделия из формы и эффективно увеличить выход годной продукции.
Режущие и обрабатывающие инструменты
В металлообработке и высокоскоростной резке DLC-покрытия предотвращают прилипание пластичных материалов, таких как алюминий и медь, при высоких температурах, значительно увеличивая срок службы инструмента и качество обработки. Это свойство делает DLC-покрытия особенно подходящими для резки алюминия, магния, меди, свинцовых сплавов, керамики, карбида вольфрама, графита, пластмасс и композитных материалов, но не рекомендуется для материалов, содержащих железо, кобальт или никель. Это связано с тем, что в машиностроительной отрасли приоритет отдается точности и стабильности инструмента.
Оптические и инфракрасные компоненты
Оптическая отрасль предъявляет чрезвычайно высокие требования к качеству поверхности и светопропусканию. Пленки DLC, благодаря своей высокой прозрачности, низкому коэффициенту отражения и превосходной устойчивости к царапинам, идеально подходят для использования в линзах очков, объективах фотоаппаратов и инфракрасных материалах, таких как германий и ZnS. Они также широко используются в окнах наведения ракет и защитных оптических окнах в военных и аэрокосмических системах, где их износостойкость и стойкость к окислению значительно продлевают срок службы линз. Оптическая промышленность уделяет первостепенное внимание оптической однородности и защитным свойствам.
Электронная и упаковочная промышленность
Тенденция к миниатюризации электронных компонентов сделала вопросы теплоотвода и защиты критически важными. Пленки DLC, благодаря своей высокой теплопроводности и герметичности, могут использоваться в качестве слоев для инкапсуляции электроники, предотвращая проникновение влаги и кислорода и, следовательно, окисление компонентов. Кроме того, DLC может применяться в качестве термоинтерфейсных материалов и защитных слоев на поверхностях жестких дисков, повышая долговечность и надежность. В электронной промышленности особое внимание уделяется управлению тепловыми процессами и долговременной стабильности.
Автомобильная промышленность
В автомобильных двигателях и трансмиссионных системах содержится множество компонентов с высоким коэффициентом трения. DLC-покрытия эффективно снижают трение и расход топлива, а реальные испытания показывают снижение расхода топлива примерно на 2–3%. В настоящее время они широко используются в гильзах цилиндров, клапанах, распределительных валах и топливных форсунках, значительно повышая износостойкость и срок службы компонентов, а также улучшая общую энергоэффективность. Автомобильная промышленность уделяет первостепенное внимание долговечности и энергоэффективности, а DLC-покрытия, благодаря своим низким фрикционным свойствам, стали идеальным материалом для экологически чистой и высокоэффективной конструкции двигателей.
Биомедицинские и медицинские изделия
DLC обладает превосходной биосовместимостью и химической стабильностью, эффективно предотвращая иммунные реакции или высвобождение ионов металлов. Он широко используется в медицинских изделиях, таких как искусственные суставы, клапаны сердца, сосудистые стенты, хирургические инструменты, катетеры и дыхательные трубки. Кроме того, DLC может применяться для покрытия пищевой упаковки и газобарьерных покрытий ПЭТ-бутылок для повышения гигиеничности и барьерных свойств. В медицинской сфере безопасность и долговременная стабильность имеют первостепенное значение, а фторированный DLC (F-DLC) демонстрирует превосходную биосовместимость и гидрофобность, продлевая срок службы имплантатов.
Оборудование для хранения химических веществ и защиты от коррозии
Высокая коррозионная стойкость и непроницаемость DLC-покрытий делают их чрезвычайно ценным защитным материалом в химической промышленности. Они широко используются на внутренних стенках резервуаров для хранения химических веществ и внутренних слоях трубопроводов для транспортировки кислот и щелочей, предотвращая эрозию или утечки, вызванные химическими реакциями, обеспечивая безопасность и длительный срок службы резервуаров. В этой отрасли особое внимание уделяется химической стойкости и надежности герметизации; стабильность DLC-покрытий обеспечивает чрезвычайно высокий уровень защиты, продлевая срок службы оборудования.
Гидрофильные и гидрофобные свойства, а также специальные возможности применения на поверхностях.
Поверхностную энергию пленок DLC можно контролировать путем регулирования параметров процесса для достижения гидрофильных или гидрофобных свойств. Гидрофильные DLC можно использовать в противотуманных линзах и оптических защитных слоях для предотвращения конденсации влаги, влияющей на визуальные эффекты; гидрофобные DLC можно использовать в тепловых трубках или поверхностях для рассеивания тепла для повышения эффективности теплообмена и потока капель. В этих областях применения особое внимание уделяется контролю поверхностных функций.
Общие механические детали и компоненты трансмиссии
В общем механическом оборудовании DLC-пленки широко используются в высокоскоростных механизмах скольжения, таких как подшипники, направляющие, сопла, компоненты трансмиссии, тормозные магистрали и челноки швейных машин. Благодаря низкому трению и высокой износостойкости они могут значительно снизить износ, уменьшить потребность в смазке и повысить стабильность работы и срок службы. В машиностроительной отрасли особое внимание уделяется износостойкости и контролю затрат на техническое обслуживание; внедрение DLC-покрытий может эффективно продлить циклы технического обслуживания оборудования.
Тенденция развития
Перспективные технологии DLC развиваются в направлении создания нанокомпозитных материалов, многослойных структур и легированной функционализации. Включение кремния, азота или металлических элементов позволяет дополнительно улучшить внутренние напряжения, стабильность смазки и проводимость. Металлолегированные DLC (такие как W-DLC и Ti-DLC) сочетают в себе высокую твердость и проводимость, привлекая значительное внимание в электронной и энергетической отраслях.
Между тем, с учетом возрастающих требований к теплоотводу в устройствах на основе сложных полупроводников (SiC, GaN), пленки DLC, обладающие превосходной теплопроводностью и защитными свойствами, станут незаменимым защитным слоем в высоковольтной электронной упаковке. Компания Hung Wei Industrial продолжает разработку расходных материалов для полировки и шлифовки, совместимых с новыми материалами, для поддержки комплексного применения технологий DLC и сложных полупроводников следующего поколения.
заключение
Алмазоподобные углеродные (DLC) пленки, благодаря своей высокой твердости, низкому трению и превосходной стабильности, постепенно становятся ключевыми функциональными материалами в различных отраслях промышленности. От прецизионного машиностроения и производства полупроводников до медицины и оптоэлектроники, сфера применения DLC постоянно расширяется, обеспечивая более высокую надежность и производительность в различных отраслях.
Компания Honway Industrial Co., Ltd. обеспечивает комплексную поддержку цепочки поставок, начиная от расходных материалов для полировки подложек и мишеней для магнетронного распыления DLC высокой чистоты до редкоземельных и композитных материалов, используя свои профессиональные технологии обработки поверхности и шлифовки. Наш опыт охватывает различные процессы, включая PECVD и CVA, помогая клиентам достигать высокой эффективности и устойчивых производственных целей, стремясь при этом к высочайшей точности и стабильному качеству.
Преимущества услуг компании Honway: Мы предоставляем не только сырье, но и решения, тесно интегрированные с технологиями нанесения DLC-покрытий. Мы специализируемся на оказании помощи клиентам в Тайване и Азии в закупке высококачественных, высокостабильных сверхтвердых материалов и сырья для функциональных покрытий.
Свяжитесь с нами прямо сейчас
Для получения дополнительной информации о сырье для DLC-покрытий, мишенях для магнетронного распыления или услугах технической консультации, пожалуйста, перейдите по ссылке ниже, чтобы связаться с компанией Hung Wei Industrial Co., Ltd. (профессиональный поставщик из Тайваня).
Узнайте больше о связанных темах
- Алмазная подложка >>>От ювелирных изделий до полупроводников: алмаз играет ключевую роль в следующем поколении теплопроводящих материалов
- Контроль за экспортом алмазов>>>Китай вводит экспортный контроль за синтетическими алмазами: новые вызовы для глобальных цепочек поставок и промышленности Тайваня
- Алмаз>>>Введение в абразивно-алмазный инструмент
- Алмазные инструменты>>>Какие существуют виды алмазных шлифовальных инструментов?
- Разнообразные области применения промышленных алмазов>>>Разнообразные области применения промышленных алмазов: ключевой инструмент в полупроводниковой промышленности, шлифовании и полировке, а также в производстве мощных компонентов.
- Искусственные алмазы>>>Какие виды синтетических алмазов существуют и как они изготавливаются? Как выбрать подходящий вариант?
- Алмазы в машиностроительной отрасли>>>Ключевые области применения алмазов в машиностроении: всеобъемлющая революция от покрытий до прецизионных деталей.
Что касается измельчения, мы предлагаем индивидуальные настройки и можем регулировать соотношение в соответствии с требованиями обработки для достижения максимальной эффективности.
Если после прочтения текста вы все еще не знаете, как выбрать наиболее подходящий вариант.
Добро пожаловать, свяжитесь с нами, у нас есть кто-то, кто ответит на ваши вопросы.
Если вам нужна индивидуальная расценка, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Часы работы службы поддержки клиентов: с понедельника по пятницу с 09:00 до 18:00.
Тел: 07 223 1058
Если у вас есть какие-либо вопросы или вопросы, на которые вы не смогли ответить по телефону, пожалуйста, отправьте мне личное сообщение на Facebook~~
Фейсбук Хоневэй: https://www.facebook.com/honwaygroup
Вас также может заинтересовать…
[wpb-random-posts]
