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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 Al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