碳基薄膜中 C 有四个价电子,可以有包含 sp3、sp2 和 sp1 三种杂化方式。在 sp3 键组态中,碳原子的 4 个价电子分别与相邻碳原子结合,形成一个正四面体取向的 sp3 杂化轨道,形成加强的σ键;在 sp2 组态中，4 个价电子中的 3 个与相邻碳原子结合,形成平面三角形的 sp2 杂化轨道,也是σ键,第 4 个价电子则处在垂直于平面的轨道,形成较弱的π键;而在sp1 组态中,只有两个价电子形成σ键,其它的两个则形成π键，根据 sp3、sp2 和 sp1 三种杂化方式的组合构成碳基材料的结构和物理特性。

当薄膜中以 SP2 杂化键为主时，呈现出石墨的特性，当薄膜中以 SP3 杂化键为主时，呈现了金刚石特性，通常称为金刚石或类金刚石膜(DLC)。

金刚石薄膜具有高硬度、低摩擦系数、导热、绝缘、吸收紫外、抗辐射损伤、耐腐蚀等诸多优良的物理化学特性一直是科学家研究的热点课题。

金刚石薄膜分为单晶、多晶和非晶态材料，单晶和多晶金刚石材料常常是在高温下形成，而 DLC 是在常温下形成的一种亚稳态的非晶态材料，可分为含氢类金刚石膜（hydrogenated amorphous carbon，简称 a-C:H）和不含氢类（amorphous carbon，简称 a-C）。一般 a-C 的 sp3 键含量高于 a-C:H，所以也具有更高的硬度。当a-C 中sp3 键含量达70%以上，被称为非晶四面体碳（tetrahedral amorphous carbon，简称 ta-C）。

本项目即为 ta-c 薄膜制备技术。

衡量金刚石薄膜质量的方法主要是看其 SP3 结构含量，含量越高，其性质越接近天然金刚石，如何得到高含量的 sp3 键是科学家们研究的重点。而目前国际上制备的金刚石薄膜以 ta-c 的 SP3 含量最高，可以达到 85%以上，因此其性质最接近天然金刚石。

本项目目前达到的水平为：SP3 结构达到 87%，薄膜硬度 HV≥85Gpa，平整度0.2nm，摩擦系数≤0.08，紫外吸收 97%以上。

国内外技术发展现状与趋势

本技术自从 1991 年由澳大利亚的 D.R.Mckenzie 和 D.Muller 研制成功，目前美国、英国、德国、新加坡、日本、韩国、澳大利亚、以色列、香港各国科学家都在努力将该技术应用于工业生产中。

技术性能指标

1. 该技术与市场现有的部分硬质镀膜技术的比较

该膜层可沉积在金属、陶瓷和介电材料等基体上，膜厚可从几纳米到几微米， 均匀度误差达±1%，是目前其它方法无法达到的。采用该方法镀制的膜层，其硬度和耐磨性能高于其它方法。表 1 为目前国内常用的一些耐磨损涂层的显微硬度和摩擦系数。

2.该技术达到的主要技术指标

（1） 装置的技术水平达到国际先进

制备的薄膜均匀，重复性好、工艺稳定。

（2） 制备的非晶碳薄膜 SP3 结构超过 85%以上，摩擦系数小于 0.1 以下， 并可达到沉积工作条件为常温（80ºC）以下。

（3） 可以根据不同基体设计不同涂层组合的复合涂层结构，并具有良好的附着力、耐磨损、摩擦系数小的良好特性。

镀膜的均匀性在 1%。