Алмазоподобный углерод

Структура алмазоподобного углерода аморфная, состоит из атомов углерода, соединённых sp² - и sp³ -связями. Существует семь различных типов алмазоподобного углерода. Они отличаются соотношением атомов углерода, соединённых sp² - или sp³ -связями, и содержанием водорода при атомах углерода. Самым распространённым типом алмазоподобного углерода является тетраэдральный аморфный углерод (ta-C), состоящий на 80–88 % из атомов углерода, соединённых sp³ -связью, и не содержащий водорода. Данный тип обладает плотностью 3,1 г/см³ , шириной запрещённой зоны 2,5 эВ и твёрдостью 80 ГПа. Свойства алмазоподобного углерода меняются в широких пределах с изменением доли sp³ -связей и количества водорода. Путём введения посторонних атомов в структуру алмазоподобного углерода (водорода, кремния, серы, различных металлов и др.) можно дополнительно улучшить его свойства. Основным преимуществом алмазоподобного углерода перед алмазом является дешевизна его производства.

Существует множество способов нанесения покрытий из алмазоподобного углерода, которые разделяются на четыре основные группы: газодинамическое напыление, электроосаждение, физическое осаждение из паровой фазы и химическое осаждение из газовой фазы.

Газодинамическое напыление заключается в осаждении углеродсодержащего сырья (например, графита или аморфного углерода) на подложку с помощью высокоскоростного потока газа. Углеродсодержащее сырьё предварительно переводят в углеродную плазму с помощью пламени, дугового разряда, взрыва и др. Метод отличается простотой технологического оформления.

При электроосаждении на подложке образуется слой алмазоподобного углерода под действием электролиза из раствора органических соединений. Метод позволяет покрывать поверхности сложной конфигурации и легко контролировать скорость осаждения и толщину осаждённого слоя.

Физическое осаждение из паровой фазы заключается в переводе углеродсодержащего сырья в атомарное состояние (например, с помощью нагревания, магнетронной плазмы, бомбардировки графитовой мишени атомами аргона и др.) при сверхвысоком вакууме с последующим осаждением на подложку. С помощью данного метода получают покрытия высокого качества с равномерной толщиной.

При химическом осаждении из газовой фазы на подложку определённой структуры и определённого состава при заданных температуре и давлении осаждаются продукты взаимодействия различных прекурсоров. В качестве прекурсоров используются преимущественно углеводороды, такие как метан, бензол, ацетилен и др. При химическом осаждении из газовой фазы на структуру и выход конечного покрытия влияют: состав и ориентация подложки, природа прекурсора, его чистота, температура, концентрация и парциальное давление. Метод позволяет получать равномерные покрытия на поверхностях сложной формы.

Алмазоподобный углерод применяется в качестве защитной плёнки, наносимой на поверхность для улучшения её свойств. Покрытия из алмазоподобного углерода легко наносятся почти на любую поверхность и обладают химической инертностью, непроницаемостью, биосовместимостью, высокой твердостью, стойкостью к царапинам и износам. За счёт своих уникальных свойств покрытия из алмазоподобного углерода используются в магнитной записи, компонентах автомобилей, медицине, для покрытия инструментов, труб и литьевых форм для металлов и т. д.