参数 天然金刚石 CVD金刚石薄膜 a-C类金刚石薄膜 a-C:H类金刚石

薄膜

结构复式面心立方、六方 复式面心立方 sp2/sp3非晶

局部微晶区 sp2/sp3非晶

密度

g/cm3 3.51 2.8-3.5 2.0-3.35 1.8-2.0

硬度

kg/mm2 ＞10000 7000-10000 900-3000 900-3000

透射率 UV-VIS-IR UV-VIS-IR VIS-IR VIS-IR

光禁带 5.5 5.5 2.0-4.0 2.0-3.0

电阻率

Q/cm ＞1016 ＞1016 1010-1013 109-1011

介电常数 5.5 5.7 4-9 4-9

电子迁移率

cm2/Vs 2200 1900 9

热导率

W/cm*K 20 10-20

杨氏模量

kN/mm2 1200 1150 -600 -600

1. 硬度

类金刚石薄膜因含有金刚石的sp3，有着与金刚石相似的性能。其硬度主要受sp3/sp2的比率影响，比值越高则硬度越硬。因此，类金刚石薄膜具有可调节的高硬度，其硬度上限接近了金刚石（金刚石的硬度为100GPa）的硬度，达到950GPa[8]。然而类金刚石薄膜的硬度下限浮动较大，因其具有很高的内应力严重削弱了性能。研究人员试图通过掺入其他元素如硅、铝、钛等，从而降低其内应力，优化类金刚石薄膜性能。

2. 摩擦学特性

类金刚石薄膜具有优秀的减摩和耐磨特性。从发现至今，在随后的许多实验研究表明：类金刚石薄膜在大气环境下有较低的摩擦系数，平均在0.20以下，如果工艺技术得当则其摩擦系数最低为0.007[9]。类金刚石薄膜的结构也有助于摩擦学特性。在摩擦过程中，sp2的石墨结构能够发生层片之间的滑移，而且在不同的团簇之间跳跃，从而降低摩擦系数。而其悬挂键上的氢原子，降低了化学亲和力并使其具有良好的自润滑特性。而且在超真空环境下，其摩擦系数更低，摩擦磨损更加缓慢，从而适用于航空航天领域。

1.1.6  类金刚石薄膜的应用

1. 在机械方面应用

类金刚石薄膜具有低摩擦系数和高硬度，适用于一些耐磨工件的镀膜。适用于铣刀和钻头等，能够有效地抗有色金属粘结并减少切削表面的切削瘤，切削面平整光滑整洁度高。其作为耐磨镀层，可有效地延长使用寿命。但受类金刚石薄膜本身性质影响，工作温度一般不超过200℃，防止类金刚石薄膜石墨化转变从而减少镀层的使用强度和刀具寿命。