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第1章 类金刚石碳基薄膜概述 1

1.1 奇妙的碳材料 1

1.2 DLC薄膜的定义和结构 4

1.2.1 DLC薄膜的定义 4

1.2.2 DLC薄膜的结构模型 6

1.3 DLC薄膜的沉积机理 8

1.3.1 薄膜的沉积生长过程 8

1.3.2 DLC薄膜的沉积生长模型 11

1.4 DLC薄膜的结构表征 14

1.4.1 X射线光电子能谱 14

1.4.2 拉曼光谱 17

1.4.3 红外光谱 20

1.4.4 透射电子显微镜 21

1.4.5 电子能量损失谱 25

1.4.6 表面形貌的观测 26

1.5 DLC薄膜的制备方法 26

1.5.1 物理气相沉积技术 27

1.5.2 化学气相沉积技术 35

1.5.3 液相沉积技术 39

1.6 DLC薄膜的性能与应用 40

1.6.1 机械性能与应用 41

1.6.2 电学性能及应用 43

1.6.3 光学性能及应用 44

1.6.4 生物医学特性及其应用 45

1.6.5 其他特性及其应用 46

1.7 DLC薄膜发展的历史回顾 47

1.8 DLC薄膜研究展望 53

参考文献 55

第2章 元素掺杂类金刚石碳基复合薄膜 61

2.1 金属掺杂DLC复合薄膜 64

2.1.1 Ti掺杂DLC复合薄膜 66

2.1.2 Cr掺杂DLC复合薄膜 75

2.1.3 W掺杂DLC复合薄膜 80

2.1.4 Mo掺杂DLC复合薄膜 82

2.1.5 Nb掺杂DLC复合薄膜 84

2.1.6 A1掺杂DLC复合薄膜 88

2.1.7 Cu、Ag和Au掺杂DLC复合薄膜 91

2.1.8 Fe、Co和Ni掺杂DLC复合薄膜 96

2.1.9 Ta、V、Zr和Hf掺杂DLC复合薄膜 100

2.1.10 其他金属掺杂DLC复合薄膜 104

2.2 非金属掺杂DLC复合薄膜 105

2.2.1 Si掺杂DLC复合薄膜 106

2.2.2 N掺杂DLC复合薄膜 111

2.2.3 F掺杂DLC复合薄膜 114

2.2.4 其他非金属元素掺杂DLC复合薄膜 117

2.3 化合物掺杂DLC复合薄膜 119

2.3.1 MoS2－DLC复合薄膜 119

2.3.2 MeN（或MeC）－DLC复合薄膜 122

2.3.3 MeO-DLC复合薄膜 122

参考文献 123

第3章 新型结构类金刚石碳基复合薄膜 132

3.1 类富勒烯纳米结构DLC薄膜 132

3.1.1 类富勒烯DLC薄膜的结构特点 133

3.1.2 类富勒烯DLC薄膜的制备工艺及沉积机理 134

3.1.3 类富勒烯DLC薄膜的力学及摩擦学特性 137

3.2 多元掺杂及多层梯度DLC复合薄膜 140

3.2.1 多元掺杂DLC纳米复合薄膜 143

3.2.2 梯度及纳米多层DLC复合薄膜 160

3.3 微／纳织构化DLC复合薄膜 171

3.3.1 表面织构化的主要制备方法 171

3.3.2 表面织构改善摩擦学性能研究进展 172

3.3.3 表面织构化DLC薄膜的制备与摩擦学研究 177

3.3.4 多尺度仿生微／纳织构DLC薄膜的制备和性能研究 200

3.4 环境自适应智能DLC复合薄膜 209

3.4.1 空间环境变色龙薄膜体系 211

3.4.2 温度变色龙薄膜体系 214

3.4.3 低湿度敏感性碳基薄膜 216

3.4.4 超韧变色龙涂层 223

3.4.5 多相碳基固体润滑变色龙薄膜 225

3.4.6 固体－液体复合润滑自适应碳基薄膜体系 226

参考文献 244

第4章 类金刚石碳基薄膜摩擦学性能 257

4.1 DLC薄膜的摩擦学行为影响因素及机理 257

4.1.1 DLC薄膜的摩擦学的耦合影响因素 258

4.1.2 DLC薄膜的摩擦学机理 265

4.2 DLC薄膜固有性能对摩擦学行为的影响 267

4.2.1 成分和结构的影响 267

4.2.2 表面粗糙度的影响 268

4.2.3 基体材料的影响 270

4.2.4 异质掺杂元素的影响 273

4.3 测试条件对DLC薄膜摩擦学性能的影响 274

4.3.1 载荷的影响 275

4.3.2 滑动速度的影响 279

4.4 摩擦副材料对DLC薄膜摩擦学性能的影响 283

4.4.1 陶瓷材料与DLC薄膜配副对磨的摩擦学行为 284

4.4.2 金属材料与碳基薄膜的摩擦学配副依赖性 288

4.4.3 利用摩擦化学方法分析碳基薄膜的摩擦学配副依赖性 294

4.4.4 利用能量耗散理论分析碳基薄膜的摩擦学配副依赖性 299

4.5 DLC薄膜在真空及各种气氛环境中的摩擦学性能 302

4.5.1 惰性气氛环境下的摩擦学性能 303

4.5.2 真空环境下的摩擦学性能 313

4.5.3 活性气氛中的摩擦学性能 324

4.5.4 不同湿度环境下的摩擦学性能 327

4.6 DLC薄膜在水溶液环境下的摩擦学性能 343

4.6.1 在水环境下的摩擦学性能 343

4.6.2 在海水环境下的摩擦学性能 378

4.6.3 在不同pH水溶液下的摩擦学性能 383

4.6.4 在生物体液环境下的摩擦学性能 385

4.6.5 在醇介质下的摩擦学性能 391

4.7 DLC薄膜在润滑油下的摩擦学性能 394

4.7.1 润滑油种类及其配方的影响 395

4.7.2 测试条件的影响 403

4.7.3 掺杂金属元素的影响 408

4.8 DLC薄膜在其他特殊环境下的摩擦学性能 416

4.8.1 原子氧辐照的影响 417

4.8.2 紫外辐照的影响 419

4.8.3 沙尘环境下的摩擦磨损性能 421

参考文献 431

第5章 类金刚石碳基薄膜的机械性能 447

5.1 DLC薄膜的硬度和弹性模量 447

5.1.1 薄膜硬度表征方法 447

5.1.2 DLC薄膜硬度及弹性模量的影响因素 450

5.2 DLC薄膜的残余应力 465

5.2.1 残余应力的测量 465

5.2.2 薄膜中的残余应力 466

5.2.3 沉积参数对DLC薄膜残余应力的影响 470

5.2.4 冲击能对DLC薄膜内应力的影响 472

5.2.5 减少DLC薄膜残余应力的途径 475

5.2.6 薄膜应力释放花样 476

5.3 DLC薄膜的结合力 479

5.3.1 结合力的测量 480

5.3.2 提高DLC薄膜的结合力 486

5.4 薄膜残余应力及结合力与DLC薄膜的机械失效的关系 488

5.4.1 薄膜的断裂 489

5.4.2 薄膜的分层脱落 489

5.5 DLC薄膜的韧性 490

5.5.1 涂层韧性测量 491

5.5.2 改善DLC薄膜的韧性 505

参考文献 512

第6章 类金刚石碳基薄膜的热稳定性和化学稳定性 518

6.1 DLC薄膜的热稳定性 518

6.1.1 无氢DLC薄膜的热稳定性 519

6.1.2 含氢DLC薄膜的热稳定性 528

6.1.3 掺杂DLC薄膜的热稳定性 542

6.1.4 多层DLC薄膜的热稳定性 550

6.1.5 DLC薄膜的激光辐照热特性 552

6.2 DLC薄膜的化学稳定性 560

6.2.1 DLC薄膜的腐蚀机理 561

6.2.2 DLC薄膜化学稳定性的影响因素 562

6.2.3 耐腐蚀DLC薄膜的设计 574

参考文献 575

第7章 类金刚石碳基薄膜的光电磁功能特性 582

7.1 DLC薄膜光学性能的研究 582

7.1.1 DLC薄膜光学带隙 584

7.1.2 DLC薄膜光学性能表征参数 586

7.1.3 薄膜微观结构对DLC薄膜光学性能的影响 590

7.1.4 DLC薄膜的光学应用 597

7.2 DLC薄膜电学性能的研究 598

7.2.1 DLC薄膜电学传导机制 599

7.2.2 DLC薄膜场发射性能的研究 601

7.2.3 DLC薄膜高介质性能的研究 612

7.2.4 DLC薄膜在电学领域的应用 613

7.3 DLC薄膜磁学方面的研究 614

7.3.1 磁存储领域DLC防护薄膜 615

7.3.2 磁存储领域DLC薄膜作为磁交换耦合屏蔽膜 620

7.4 DLC薄膜新型功能性应用探索 625

7.4.1 声学器件 625

7.4.2 电化学传感器件 626

7.4.3 热传导器件 626

7.4.4 应变传感器件 627

参考文献 628

第8章 类金刚石碳基薄膜的生物医学特性 634

8.1 DLC薄膜生物腐蚀与生物摩擦学的研究 635

8.1.1 金属基材料表面DLC薄膜生物腐蚀与生物摩擦学性能 635

8.1.2 聚合物材料表面DLC薄膜的生物特性 640

8.2 DLC薄膜生物相容性的研究 642

8.2.1 DLC薄膜细胞毒性的实验研究 643

8.2.2 DLC薄膜血液相容性的研究 650

8.2.3 DLC薄膜体内试验的研究 655

8.3 DLC薄膜在生物医学领域的应用 658

8.3.1 在医疗器具方面的应用 658

8.3.2 在人工关节系统方面的应用 660

8.3.3 在心血管系统人工植入体方面的应用 661

参考文献 662

第9章 类金刚石碳基薄膜的应用 666

9.1 DLC薄膜在汽车发动机领域的应用 669

9.1.1 低碳节能增效型汽车发动机对DLC薄膜的需求 669

9.1.2 DLC薄膜在发动机上的应用效果 673

9.2 DLC薄膜在模具领域的应用 679

9.2.1 气相沉积技术在模具表面处理中的应用 680

9.2.2 DLC薄膜在模具上的应用效果 682

9.3 DLC薄膜在刀具领域的应用 688

9.3.1 著名涂层公司刀具涂层技术发展现状 691

9.3.2 DLC涂层在刀具领域的应用现状 694

9.4 DLC薄膜在基础及通用机械行业的应用 699

9.4.1 在制冷压缩机领域的应用 699

9.4.2 在各种轴承领域的应用 701

9.4.3 在机械密封领域的应用 704

9.4.4 在无油润滑机械系统的应用 707

9.5 DLC薄膜在其他行业的应用 708

9.5.1 在管道内表面腐蚀防护领域的应用 709

9.5.2 在娱乐健身领域的应用 710

9.5.3 在医疗和生物器件领域的应用 712

9.5.4 在光学和电子器件领域的应用 715

9.5.5 在装饰镀膜领域的应用 716

9.5.6 在包装材料领域的应用 719

参考文献 720