1.2.1 DLC膜

DLC膜是以sp3杂化为主的非晶薄膜，它是一种处于热力学非平衡状态的亚稳态非晶碳膜。它有许多性能都与金刚石十分类似，如在力学方面有较高的硬度和耐磨性；电学方面有较高的电阻率；光学方面有高的红外透过率等[5,6]。DLC膜又分为含H和不含H两种，含H的DLC膜又称为a-C：H膜，其含H量约为20~50at%；不含H的DLC膜称为a-C膜，含H量小于1at%，其中含有较多（>70at%）sp3杂化碳键的a-C膜又称为四面体非晶碳膜（ta-C）。a-C：H膜的硬度相对较低，约为10~40GPa，而a-C膜的硬度就高很多，ta-C膜的硬度与金刚石差不多。赵健平等[7]利用真空磁过滤弧沉积方法制备的ta-C膜中的sp3键的含量高达90at%，它的密度和显微硬度达到甚至超过了金刚石的相应值，表现出与金刚石十分类似的特性，因此又将其命名为非晶金刚石膜（a-D）。随着sp2键与sp3键的比率降低，碳的结构由石墨型的碳结构过渡到非晶碳（a-C），再到四面体非晶碳（ta-C），最后成为全部为sp3键的金刚石结构[8]。DLC膜的电学性能不同于金属也不同于绝缘体，而是在他们之间变化，并会根据不同的沉积技术和工艺参数发生变化，由于其内部结构的对电阻率的影响比较明显。类金刚石膜的生物相容性也不错，因为它没有金属元素，主要成分为碳，不会出现重金属中毒作用，而且化学性质比较稳定，比较适合利用在医用器材的表面保护中。

图1-2类金刚石材料的三元相图

1.2.2 GLC膜

GLC膜是一种碳键主要以sp2杂化为主的非晶碳膜,其电学、光学性质与石墨类似。不同沉积技术获得的类石墨膜也分含氢和不含氢两种,但其sp3碳键含量都较低。GLC膜的硬度与a-C：H膜差不多。与DLC膜的高电阻率、高红外透过率等特性不同的是,由于GLC膜中的C以sp2杂化为主，所以GLC膜是热和电的良导体,可见光及红外透过率很低。

GLC膜也是一种实用的固体自润滑涂层。随着当今科学技术的发展，在一些高新技术产业如航空航天等领域，材料的工作环境更加复杂，许多零件都无法使用润滑剂。如何在特殊条件下实现有效的润滑也成为了现代表面工程技术的研究方向。固体自润滑涂层就是目前备受关注的一种表面改性涂层，这种涂层的耐磨性不错的同时也有着较低的摩擦系数，能实现无润滑条件下的工件较长时间正常工作，从而延长了工件的使用寿命。

固体自润滑涂层目前主要有MoS2（二硫化钼）和石墨等固体润滑物质[9]。二硫化钼在高科技领域的应用已经非常广泛，其在载荷不大及真空环境中有十分优异的降低摩擦系数的作用。但由于其本身的质地较软，重载条件下的抗磨性能较差。另外二硫化钼吸湿性很强，当工作环境湿度较高时其摩擦系数和磨损量会提高很多；而民用的二硫化钼膜主要是在大气中使用，因此要提高二硫化钼的抗湿性。石墨类材料是另一种常用的降低摩擦系数的材料，减磨性能很好。尤其是与二硫化钼相比在湿度较大的环境中的性能更好，但它的缺点是硬度不高。通过改良制备方法制备减摩耐磨的非晶碳膜膜（包括DLC膜和GLC膜），使其兼具高硬度和低摩擦系数，是解决问题的途径所在。

DLC膜虽然硬度很高，但由于其内部应力也较高，造成膜基结合不牢，而且热环境下的稳定性也不好。还会与广泛使用的铁基材料发生触媒反应，会使sp3键转化为sp2键。而GLC膜不但具有较高的硬度，更低的摩擦系数，而且不会与黑色金属发生触媒反应。虽然GLC膜与基体的结合强度不高需要继续发展改进，但确实是作为耐磨涂层的另一种好的选择。