ta-C, низкотемпературное осаждение алмазных покрытий

Что такое алмазное покрытие ta-C? #

Алмазное покрытие ta-C, т.е. тетраэдрический аморфный углерод (тетраэдрический аморфный углерод), является разновидностью алмазоподобного покрытия (DLC), которое относится к безводородным DLC-покрытиям. Его микротвердость может достигать 3000 - 8500hv.

Когда микротвердость ta-C превышает 7500 HV, различные свойства материала очень близки к свойствам природного алмаза. Мы привыкли называть это алмазным покрытием. В отличие от CVD, который представляет собой высокотемпературный метод осаждения под высоким давлением при 900°C, ионный источник NanoLion, ta-C, позволяет осаждать идеальные алмазные покрытия при 80°C, с высокой прочностью связи и в значительной степени независимо от типа материала.

Идеальные материалы, графит - это планарная структура, 100% sp2; алмаз - трехмерная структура, 100% sp3. а DLC - это гибрид sp2 и sp3. Обычно говорят DLC покрытие, для черно-серой с высоким содержанием sp2 углеродной пленки, 10-20% содержания водорода. Обычно ta-C покрытие, углеродная пленка с содержанием sp3 более 30%.

Алмазное покрытие Nash #

Алмазное покрытие Nasi - это DLC высокой твердости с содержанием sp3 более 80%, подготовленный по технологии сверхвысокой твердости, прошедший тест BAG, тест Double 85 48h, тест на трение Steel Velvet и тест на коррозию. Он может быть широко использован в стекле ITO, супертеплопроводном стекле и других модификациях субметаллических материалов.

Мембрана ta-C обладает высокой теплопроводностью, лично я предпочитаю значение 1000 Вт/м.к из-за структуры мембраны. Но это все равно значительно выше, чем у обычных материалов.

При толщине пленки менее 20 нм покрытия ta-C, даже в синей области, все еще имеют более высокий коэффициент пропускания видимого света, чем 90%. Из-за особенностей процесса подготовки покрытия и ограничений по временным затратам метод PVD не позволяет получать толстые алмазные покрытия. В то время как CVD-процесс позволяет это сделать.

Низкотемпературное, высокоэнергетическое осаждение #

Скорость производства алмазных пленок, R, определяется исключительно потоком ионов C+. А низкотемпературный режим осаждения с высокой энергией ионов требует поддержки источника питания с высокой плотностью тока, превышающей несколько миллиампер на квадратный сантиметр.

Содержание sp3-связей, которое может быть получено при энергии 100 эв, чрезвычайно велико - около 851 TP3T.

содержание sp3-связей, которое уменьшается выше 150°C.

Дуговая технология Nash Bend Filter #

Устройство ионного покрытия вакуумной катодной дуги с магнитной фильтрацией через прямую трубку и изогнутую трубку позволяет эффективно удалять примеси и крупные частицы в плазме, а также осаждать материалы с низкой шероховатостью поверхности и более совершенными мембранами. Однако скорость осаждения мембран значительно снижается, поскольку изгиб отфильтровывает более половины частиц и ионов. Лучшая фильтрация означает более низкую эффективность осаждения.

В результате NACS более широко использует нефильтрованную дугу ta-C для достижения баланса между качеством покрытия и производительностью.

NanoLion обеспечивает многоступенчатую фильтрацию изгибов, в результате чего получаются высококонтролируемые алмазные пленки с низким уровнем дефектов роста. Для ультратонких покрытий толщиной 10-20 нм требуется более низкий уровень дефектов, чтобы обеспечить выход пленочной продукции.

Многослойная композитная структура ta-C #

Наси ta-C обычно представляет собой композитную структуру пленки, с Cr, Ti и другими металлическими грунтовочными слоями для увеличения силы сцепления с подложкой, ta-C: X переходный слой, слой с низким отношением sp3/sp2, и слой с высоким отношением sp3/sp2.

С увеличением содержания sp3 плотность и сжимающее напряжение материала мембраны линейно возрастают, и для преодоления высокого напряжения сверхтвердой мембраны необходима многослойная структура. Если необходимо изготовить сверхтолстые мембраны ta-C, требуется конструкция со слоями ta-C:Xta-C.

ta-C, как и другие DLC-покрытия, обладает высокой степенью настраиваемости.

Некоторые измерения ультратонких пленок ta-C #

Следует отметить, что текущее содержание sp3 - это относительный метод исследования, такой как рамановский тест. Мы не можем очень точно измерить абсолютное содержание sp3.

Мы также не можем точно измерить твердость алмазных пленок ta-C, поскольку толщина пленки составляет менее 1 микрона. Обычно мы делаем вывод о твердости пленки на основе соотношения sp3. А для обычной толстой пленки ta-C мы можем визуально измерить микротвердость пленки.

Испытание на адгезию #

Другие тесты #

• 5% Испытание соляным туманом: 120 ч
• Двойной тест 85: 48 часов
• 1KG Тест ластика: 5000 раз
• Тест на пропускание видимого света: 90% или выше
• Тест на цитотоксичность: в соответствии с требованиями стандартов ISO10993-5 и GB/T16886.5, с использованием колориметрического метода следовой ферментной реакции соли тетраметил-азола (метод МТТ): цитотоксичность соответствует классу 0, и цитотоксичность немного ниже, чем у чистого титана.
• Тест на гемолиз: согласно стандарту YY/T0127.1-93, скорость гемолиза группы графитовых порошков составляет 3,08%, что является материалом без эффекта гемолиза;

Применение ta-C #

В большинстве случаев различные толщины ta-C соответствуют различным областям применения. Что касается сверхтолстых пленок толщиной более 10 мкм, то микротвердость выше 3000 HV обычно требует последующей обработки.

Алмазное покрытие ta-C со следующими превосходными свойствами материала: Высокая теплопроводность Химическая стабильность Высокий модуль упругости Высокая твердость и износостойкость Устойчивость к напылению Чрезвычайно высокая подвижность носителей (электронов и дырок) Большая запрещенная зона пропускания Низкая летучая мощность Чувствительность к ультрафиолетовому излучению (поглощение) Инфракрасное проникновение Высокое электрическое сопротивление Высокая диэлектрическая проницаемость Высокая точка пробоя Без водорода Сверхтонкий Отрицательный потенциал сродства электронов (широкий оптический диапазон) Быстрое распространение звуковых волн с высокой точностью Стойкость к тепловому удару Бактериостатичность Самоочищение

Наноразмерная оптически модифицированная пленка (высокий коэффициент пропускания) #

• Защитная пленка ITO
• Окно инфракрасного тепловизионного прибора (повышение прозрачности инфракрасного излучения)
• Рентгеновское окно (высокая пропускаемость, устойчивость к радиации)
• Окно CO2-лазера
• Корпус высокоскоростной ракеты-перехватчика (HIM)
• Датчики ультрафиолетового излучения или радиации

Теплопроводная пленка (высокая теплопроводность) #

• Устройства высокой мощности и высокой частоты
• Прозрачная теплопроводящая пленка для стекла
• Теплоотводящая пленка для оптоэлектронных устройств
• Теплоотвод для высокочастотных и микроволновых устройств
• датчик температуры

акустическая #

• диффузор динамика
• Устройства поверхностной акустической волны (SAW) [Фильтры с высокой пропускной способностью (4GHZ-6GHZ)

Износостойкое декоративное покрытие #

Покрытие для сверхтвердых инструментов #

• Микросверло для печатных плат и гонг-фреза
• 12% обработка высококремнистых алюминиевых сплавов; обработка меди, серебра, золота и других цветных металлов;
• Деревообрабатывающие ножи, акриловые инструменты для резки с ЧПУ
• Бритва, нож для нарезки пленки
• Высококачественные кухонные ножи

Сверхтвердое смазочное покрытие (нетоксичное для человека, биосовместимое, износостойкое и самосмазывающееся) #

• Имплантируемые медицинские изделия: искусственные суставы, протезы, зубные лотки
• высокочастотный электрический нож

Автомобильные запасные части #

Сравнение свойств различных алмазных пленок и природных алмазов #

Алмазная пленка Nano lion, для 10-800 нм ультратонких ультратвердых покрытий (более 4000HV для ультратвердых покрытий).

• Температура осаждения: 80°C для ta-C; обычно выше 900°C для CVD-метода;
• Толщина пленки: при ta-C-методе она обычно находится в нанометровом диапазоне, при алмазном методе теоретически не имеет предела толщины; при использовании таких инструментов, как микросверла, она обычно составляет 5-10 микрон;
• Кристаллическая структура: ta-C - тетраэдрическая аморфная; CVD - монокристаллическая или поликристаллическая.
• Твердость: CVD-алмазы более твердые, что позволяет создавать бездефектные алмазные материалы
• Области применения: ta-C обычно используется для ультратонкой защиты или теплопроводности, из-за низкой температуры осаждения, не ограниченной подложкой, делится на ультратонкую оптическую модифицированную пленку и ультратвердую самосмазывающуюся модифицированную пленку. А CVD обычно используется для твердосплавных режущих инструментов, высококлассных украшений и т.д. из-за высокой температуры и ограничения размера;

Оборудование для нанесения вакуумных покрытий Nash P Series DLC #

Серия P компании Naxion состоит из трех процессов осаждения: PeCVD, Ion Source и Composite Deposition.