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title: "ta-C，低温沉积金刚石涂层"
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updated: "2025-02-10"
category: "PVD涂层类-FAQ"
tags:
  - ITO玻璃
  - "ta-C"
  - 金刚石涂层
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# ta-C，低温沉积金刚石涂层

## 什么是ta-C金刚石涂层

ta-C 金刚石涂层即四面体非晶碳（tetrahedral amorphous carbon）涂层 ，是类金刚石涂层（DLC）的一种，属于无氢 DLC 涂层。其显微硬度可达 3000 - 8500hv。

当ta-C显微硬度超过7500HV时，其各种材料物性已经非常接近天然金刚石。我们习惯称为金刚石涂层。有别于CVD的900℃高温高压沉积技术，纳狮离子源ta-C，可以在80℃沉积完美的金刚石涂层，高结合力且基本不受材料类型限制。

![ta-C，低温沉积金刚石涂层（images 1）](https://www.naxauam.com/wp-content/uploads/2025/02/image-810x592.png)

理想材料中，石墨为平面结构，100%的sp2；金刚石为立体结构，100%的sp3。而DLC为sp2和sp3的杂化物。通常说的DLC涂层，为黑灰色高sp2含量的碳膜，10-20%的含氢量。通常ta-C涂层，为sp3含量超过30%的碳膜。

## 纳狮金刚石涂层

纳狮金刚石涂层，为过虑弧技术制备的sp3含量超过80%的高硬DLC。该涂层，以通过百格测试、双85 48h测试，钢丝绒摩擦测试，腐蚀测试。可以广泛用于ITO玻璃、超导热玻璃等分金属材料改性。

![ta-C，低温沉积金刚石涂层（images 2）](https://www.naxauam.com/wp-content/uploads/2025/02/b76ebee3a71a988bae5b44c028118c9-810x273.png)

ta-C膜具有高导热性，由于膜结构，个人偏向于1000W/m.k这个数值。但是依然大幅高于普通材料。

在膜厚低于20nm时，ta-C 涂层，即使在蓝关区域，依然具有高于90%的可见光透过性。受制于涂层制备工艺和时间成本限制，PVD法无法制备厚的金刚石涂层。而CVD工艺可以。

| 基材 | 白玻璃 |  |
| --- | --- | --- |
| No. | 镀膜前      镀膜后 |  |
| 1 | 94%           91% |  |
| 2 | 94%           91% |  |
| 3 | 94%           92% |  |
| 4 | 94%           91% |  |
| 5 | 94%           91% |  |

![ta-C，低温沉积金刚石涂层（images 3）](https://www.naxauam.com/wp-content/uploads/2025/02/c3d90c251d34145353ffaab2980b063.png)

### 低温高能的沉积方式

金刚石膜的生产速率R，完全由C+离子通量决定。而低温高离子能量的沉积模式，需要产生大于几毫安每平方厘米的高电流密度的电源支持。

![ta-C，低温沉积金刚石涂层（images 4）](https://www.naxauam.com/wp-content/uploads/2025/02/image-1.png)

sp3键含量，在100ev的能量下，可以获得极大值，约85%。

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sp3键含量，在150℃以上下降。

### 纳狮弯管过滤弧技术

弯管磁过滤真空阴极电弧离子镀装置，通过直管加弯管设计，可实现对等离子体中的杂质、大颗粒的高效去除，可沉积低表面粗糙度和更完美的膜材料。但是由于弯管过滤掉了一半以上的颗粒和离子，膜沉积速度明显降低。更好的过滤效果，意味着更低的沉积效率。

因此，纳狮更广泛的使用非过滤弧的ta-C，以实现涂层品质和产能的均衡。

![ta-C，低温沉积金刚石涂层（images 6）](https://www.naxauam.com/wp-content/uploads/2025/02/image-3-810x381.png)

纳狮可实现多级弯管过滤，从而获得高度可控的低生长缺陷金刚石薄膜。对于10-20nm的超薄涂层，更低的缺陷率才能保证膜的产品良率。

![ta-C，低温沉积金刚石涂层（images 7）](https://www.naxauam.com/wp-content/uploads/2025/02/image-4.png)

### ta-C的多层复合结构

纳狮ta-C通常为复合膜结构，有Cr、Ti等金属打底层，增加与基材结合力，ta-C：X过渡层，sp3/sp2低比例层，及sp3/sp2高比例层组成。

随着sp3含量增加，膜材料密度和压应力线性增大，需要多层结构来克服超硬膜的高应力。如果需要做超厚的ta-C膜，则需要做ta-C：Xta-C的叠层设计。

ta-C和其它DLC涂层一样，具备高定制性。

## 关于ta-C超薄膜的一些测量

需要说明的是，目前sp3的含量为相对测试法，如拉曼测试。我们并不能很精准的测出sp3的绝对含量。

由于膜厚低于1微米，我们也不能精准的测量出ta-C金刚石膜的硬度。我们通常是根据sp3的比例推测出膜的硬度。而对于普通ta-C厚膜，我们可以直观测量出膜的显微硬度。

### 附着力测试

| 材料 | 膜厚(nm) | 临界负载(N) |
| --- | --- | --- |
| 玻璃 | 20 | 30 |
| 树脂 | 20 | 25 |
| 高速钢 | 200 | 75 |

### 其它测试

- 5%盐雾试验：120h
- 双85测试：48h
- 1KG 橡皮擦测试：5000次
- 可见光透光性测试：90%以上
- 细胞毒性试验：遵照ISO10993-5和GB/T16886.5标准要求，采用四甲基偶氮唑盐微量酶反应比色法（MTT法）：细胞毒性为0级，其细胞毒性略低于纯钛。
- 溶血试验：依照YY/T0127.1-93标准，石墨粉组的溶血率为3.08%，为无溶血作用材料；

## ta-C的应用

在大多数情况下，ta-C不同的厚度对应了不同的应用领域。而对于10微米以上的超厚膜，显微硬度高于3000HV，通常需要后处理。

ta-C金刚石涂层，具备以下优异的材料特性：高导热系数 化学性能稳定 高弹性模量 高硬耐磨性 耐溅射 极高的载流子迁移率（电子和空穴） 大禁带宽度 低逸出功 对紫外线敏感（吸收） 红外增透性 高电阻率 高介电常数 高击穿点 无氢 超薄 负电子亲和势（宽光学带隙） 声波传播快，保真度高 耐热冲击 抑菌性 自洁性

### 纳米级光学改性膜（高透性）

- ITO保护膜
- 红外热成像装置窗口（ 红外增透性）
- X-射线窗口（高透、耐辐射）
- CO2激光窗口
- 高速拦截导弹头罩
- 紫外线或放射线传感器

### 导热膜（高导热）

- 大功率和高频器件
- 玻璃透明导热膜
- 光电子器件散热膜
- 高频、微波器件热沉
- 温度传感器

### 声学

- 扬声器声膜
- 声表面波器件（saw）[高频带宽度（4GHZ-HZ）滤波器

### 耐磨装饰镀

### 超硬刀具涂层

- PCB板微钻和锣刀
- 12%高硅铝合金加工；铜、银、金等有色金属加工；
- 木工刀、亚克力数控刀具
- 剃须刀、薄膜切片刀
- 高端厨具刀

### 超硬之润滑涂层（对人体无毒副作用、生物相容性、耐磨自润滑）

- 植入医疗器械：人工关节、义齿、牙托
- 高频电刀

### 汽车零配件

## 各种金刚石薄膜的特性与天然金刚石特性的比较

纳狮金刚石膜，为10-800nm超薄超硬（大于4000HV为超硬涂层）。

- 沉积温度：ta-C为80℃；CVD法通常为900℃以上；
- 膜厚：ta-C法通常为纳米级，金刚石法理论上无厚度限制；在微钻等刀具上，通常为5-10微米；
- 晶体结构：ta-C为四面体非晶态；CVD为单晶或多晶结构。
- 硬度：CVD金刚石更硬，可以制造出无缺陷的金刚石材料
- 应用领域：ta-C通常用于超薄保护或导热，由于沉积温度低，不受基材限制，分为超薄光学改性膜及超硬自润滑改性膜。而CVD由于高温及尺寸限制，通常用于硬质合金刀具，高端装饰品等；

| **特性** | **天然金刚石** | **CVD** | **DLC (a:CH)** | **ta-C** |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| **硬度 (Gpa)** | 100 | 80 - 100 | 10 - 50 | 80 - 100 |
| **密度 (g/cm3)** | 3.5 | 3.2 - 3.4 | 1.7 - 2.2 | 3.0 - 3.2 |
| **摩擦系数** | 0.1 | 0.1 (Polished) | 0.1 | 0.1 |
| **粗糙度** | — | 3µm | 光学平滑 | 光学平滑 |
| **附着力** | — | 低 | 中 | 高 |
| **沉积温度** | — | >600° C | 120° C - 325° C | 80° C - 150° C |
| **结构** | 结晶 | 结晶 | 非晶态 | 非晶态 |
| **反应性气体** | — | YES | YES | 可选 |
| ****耐温性**** | — | 600° C+ | 250° C - 350° C | 500° C+ |

## 纳狮P系列 DLC真空镀膜设备

纳狮的P系列包括三种沉积工艺，PeCVD、离子源和复合沉积工艺。