杨思远，邬奕欣，吴小倩，吴双宇

(中国电子科技集团公司第四十九研究所，哈尔滨 150001)

金刚石的杂化轨道为sp3，石墨的杂化轨道为sp2[1]。类金刚石薄膜又称DLC膜，是一种主要以sp3/sp2键形式结合生成的亚稳态非晶材料，其结构中sp3和sp2含量很高，因而兼具了二者的优良特性。根据DLC碳膜结构中是否含有氢原子，可将其分为非氢和含氢两种[2]，其是常见的合金及非金属表面的耐磨改性涂层材料。

图1 金刚石空间结构

图2 石墨空间结构

图3 DLC空间结构

1 DLC薄膜性能研究

DLC薄膜耐腐蚀性强，化学性质不活泼，具有自润滑、低摩擦系数、高硬度、耐磨损、高电阻率及良好的光学性能等物理特性，具有广泛的应用前景[3]。

1.1 耐磨性能

随着科技发展与进步，不可再生资源在不断消耗枯竭，如何实现可持续发展已成全人类共同面对的问题与挑战。调查结果显示，约有33%的能源损耗是由于摩擦造成的，摩擦带来的能源损耗已成为制约国民经济发展的一个重要因素。由于类金刚石薄膜具有低摩擦系数、耐磨损等特性，可应用于模具、不锈钢刀具等表面的保护膜和航天材料的表面涂层[4]等。Wang等对DLC薄膜的改性方法进行了研究，向其DLC结构中分别掺杂了不同的金属及非金属元素，使其空间结构发生改变，类金刚石薄膜中sp3杂化键的含量也随之变化，类金刚石薄膜内部应力显著减小，碳膜表面的耐磨性能也有了较大提高[5]。Zheng等对用W掺杂改性的类金刚石薄膜进行力学性能分析，XRD衍射图谱及扫描电镜分析显示，W层的加入，可以极大程度提升DLC纳米多层膜的硬度，减小摩擦因数，膜硬度随单层膜厚的改变呈抛物线型变化，层厚为6 nm时硬度最大，耐磨性能也最好[6]。……