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什么是非晶金刚石膜?

2025-11-11 派大星

简单来说,非晶金刚石膜是通过高科技手段,在物体表面沉积一层由碳原子构成、具有钻石般特性的薄膜。我们都知道,“金刚石”的来源是它的碳原子之间的连接方式(化学键)与天然钻石相同,都是坚硬的 sp3 键。这正是钻石拥有极高硬度的根本原因。sp3 键的比例越高,薄膜的硬度就越接近钻石。

 什么是非晶金刚石膜?

“非晶”的含义与天然钻石原子整齐排列的晶体结构不同,这层薄膜中的碳原子是长程无序、短程有序的。可以想象一下,它是由无数个极其微小的“钻石晶格”无规则地组合在一起,而不是一个完整的大晶体。所以它不像钻石那样有规则的形状和解理面,但保留了钻石的硬度、导热率、低摩擦系数等优异特性。

 FCVA技术

核心特点总结:

极高硬度与耐磨性:硬度可达7000-8500 HV,远超普通类金刚石膜,因此极其耐刮擦。

低摩擦系数:表面非常光滑,摩擦系数低。

高光学透过率:涂覆在镜片上后,本身对光线透过的影响极小。

优异的化学惰性:能抵抗多种化学物质的腐蚀。

 

非晶金刚石膜是如何“镀”出来的?

传统的镀膜方法(如蒸发、溅射)或普通的类金刚石膜制备方法(如PECVD)很难制备出sp3键含量如此之高、性能如此优异的非晶金刚石膜。目前,最主流和有效的技术是 “滤质阴极真空电弧技术”。

 

您可以把这个过程想象成一场在真空中进行的、被精确控制的“微观陨石轰炸”。整个过程大致如下:

第一步:创造环境

将需要镀膜的镜片或工件放入一个真空室中,并将其抽成高真空。这就像在太空环境中一样,可以避免空气分子对镀膜过程的干扰。

FCVA技术2 

第二步:引发电弧,产生“碳离子雨”

在真空室中,有一个由高纯度石墨(碳)制成的阴极(靶材)。通过施加高压,在阴极表面引发出一个极其微小且高能量的电弧点(类似闪电)。这个电弧点的瞬间温度和压力极高,足以将石墨直接气化并电离,产生一团包含高能量碳离子(C?)和电子的等离子体。这就像从石墨靶上“轰”出一团密集的、带电的“碳雾”。

 

第三步:关键步骤——过滤“杂质”

这是FCVA技术的核心所在。刚刚产生的等离子体中,除了我们需要的高能量碳离子,还混有一些我们不想要的中性碳颗粒(俗称“碳渣”)。如果让这些碳渣也沉积到镜片上,会形成粗糙、疏松的缺陷点,严重影响膜层质量。因此,FCVA设备带有一个特殊的电磁过滤系统。利用磁场力(洛伦兹力)让带电的碳离子发生偏转,拐个弯飞向工件;而那些不带电的、质量较大的碳渣则因惯性无法偏转,被收集阱捕获。这样就得到了一束非常纯净的高能量碳离子束。

 FCVA技术3

第四步:沉积成膜

经过过滤的纯净碳离子束,以极高的动能(通常几十到几百电子伏特)轰击到镜片表面。如此高的能量使得碳离子能够:

“打入”基底表面,与基底材料形成牢固的化学结合(膜基结合力强)。

在表面“迁徙”并找到最稳定的位置。

在冷却和稳定过程中,碳原子之间优先形成坚硬的 sp3 键,而不是形成石墨(铅笔芯)中那种柔软的sp2键。

这样,碳离子一个接一个地沉积下来,最终形成一层致密、坚硬、光滑的非晶金刚石膜。

FCVA技术的优势总结 

FCVA技术的优势总结

正是这套复杂的工艺,赋予了非晶金刚石膜超凡的性能:

高sp3键含量:高能离子轰击是形成sp3键的关键,因此膜层硬度极高。

膜层致密纯净:磁过滤去除了碳渣等杂质,膜层质量高,缺陷少。

膜基结合力强:高能离子像“打钉子”一样嵌入基底,结合非常牢固,不易剥落。

低温工艺:整个过程的温升可以控制在80℃以下,完美适用于不耐高温的树脂镜片等材料。 


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