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金刚石膜的应用以及制备方法

——————微波等离子体ＣＶD制备金刚石膜

前言:

随着对金刚石的深入研究以及广泛应用，对硬质碳素材料有了进一步探索和

需求，因此渴望找到一种可以代替金刚石的的材料。自从1971年Aisｅnberｇ

和Chaｂｏt第一次利用碳的离子束沉积技术制备出具有金刚石特征的非晶碳膜

以后，全球范围内掀起了制备类金刚石薄膜的浪潮。金刚石膜具有高硬度、低摩

擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、高稳定性、宽能隙和载流子高迁移率等

优异性质和这些优异特性的组合，是一种在传统工业、军事、航天航空和高科技

领域具有广泛应用前景的新材料，被称为是继石器时代、青铜器时代、钢铁时代、

硅时代以来的第五代新材料，亦被称为是继塑料发明以来在材料科学领域的最伟

大的发明。

微波等离子体化学气相沉积金刚石膜（简称：ＣＶD金刚石膜），具有沉积速

度快、纯度高、成膜均匀、面积大、结晶好、成本低等优点，是当今国际上制备

金刚石膜的最先进方法,亦是金刚石膜制备技术的发展方向。世界上各大金刚石

膜制品公司皆主要采用微波等离子体化学气相法制备金刚石膜。

一、金刚石膜在当代社会中的重要作用。

(1）金刚石膜刀具应用

金刚石膜硬度高、热导率高、摩擦系数低、生物相容性好以及这些优异性能

的组合,可制成金刚石膜的切削刀具、机芯、密封件、人工关节等。使用金刚石

膜工具不仅可以极大提高工具的使用寿命与工效，还可以极大提高加工精度。更

重要的是解决了超硬合金、陶瓷材料、碳纤维、玻璃纤维等超难加工材料的切削

加工难题，为高、新、精、尖技术和工艺的发展奠定了基础。

（２）金刚石膜光学应用

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使用微波等离子体化学气相法沉积金刚石膜于镜头、钟表、仪表等表面，可

制造真正的永不磨损镜头和钟表等,并极大提高光学镜头的适用范围和成像质量,

适应各种恶劣的环境。美国哈勃望远镜的镜头使用了表面沉积金刚石薄膜技术，

以适应外太空的恶劣环境和提高成像质量。

(３）金刚石膜航天应用

金刚石膜具有良好的抗辐照性能，以金刚石膜为基底的电子器件在高空电离

辐射、热辐射和宇宙射线的作用下仍能保持良好的工作性能，在航天器中具有重

要的应用。使用微波等离子体化学气相法沉积金刚石膜于窗口表面,可以充分利

用其高硬度、高热导等特性，制造各种航天器和深海设备的观察窗口。美国发射

的金星探测器的观察窗口就使用了金刚石膜技术。

(4)金刚石膜军事应用

用金刚石膜窗口制作各种激光制导、红外制导导弹的头罩，可以极大地提高

导弹的飞行速度和命中率。当导弹以10马赫飞行时,温度升到5000℃，此时制

导窗口不仅要经受高温的考验,还要经受空气中微尘、水分子和空气分子的高速

撞击,使用传统的ZnS、ZnSe、Ｇe等材料制成的窗口即已受热变软、变形、打

毛甚至变盲,而金刚石膜窗口却能安然无恙。

美国洛克希德导弹和空间公司(LockheeｄMisｓｉlｅsandSpaceＣ

ompanｙ)采用CVD金刚石膜制造导弹拦截窗口，起到了很好的保护效果，并在单

面镀金刚石膜后可增加透过率１３％,双面镀膜后增加透过率2６%。“AIＭ－9L

Sidｅwindeｒ”空对空热寻导弹,因为使用了金刚石膜窗口,大大提高了热寻的灵

敏度。

(5）金刚石膜热沉应用

金刚石膜系高热导的绝缘体，用作大功率电器件的散热衬底而无需专门的冷

却系统,在提高电子设备紧凑度的同时,减轻了重量，提高了电子器件的可靠性，

这对于航空航天等高技术领域具有重要意义。美国F16战机的分频电路就使用了

CVD金刚石膜衬底。如果卫星上全部使用金刚石膜作为电路的衬底,冷却系统将

减少9０%的重量，不仅尺寸大大减小，结构紧凑，而且改善了工作环境,增强了

电子系统的功能和可靠性，使卫星总重量降低50%以上,发射效率成倍提高。

(６)金刚石膜电子学应用

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《美国国家关键技术报告》认为：“电子和光学器件领域将是金刚石膜最终

的主要应用市场”。单晶金刚