DLC涂層是一種由碳元素組成的物質(zhì),性質(zhì)與鉆石相似,具有石墨原子組成的結構。DLC涂層是一種非晶體薄膜,由于其硬度高、彈性模量大、摩擦因數低、耐磨性好、真空摩擦特性好,非常適合作為耐磨涂層,因此引起了摩擦學(xué)界的關(guān)注。
一、DLC涂層的低表面可用作MEMS表面材料。隨著(zhù)裝置零件尺寸的減小,表面現象變得越來(lái)越重要。隨著(zhù)表面現象的范德華力,毛細管吸附和粘性引起的局部剪切力在微觀(guān)條件下變得非常重要。MEMS的典型裝置具有從幾十微米到幾毫米的尺寸范圍,單個(gè)部件的尺寸在亞微米到幾微米之間。MEMS裝置的性能是由表面附著(zhù)力和摩擦力決定的。低附著(zhù)力會(huì )降低產(chǎn)品合格率,組裝過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。高摩擦磨損會(huì )提前損壞產(chǎn)品,降低產(chǎn)品的使用壽命。DLC涂層具有低表面能和大接觸角,可以減少獨立元件粘附在基體上的傾向,顯著(zhù)提高產(chǎn)品的合格率、可靠性和使用壽命。
二、利用DLC涂層的低摩擦系數作為MEMS固體潤滑劑。微型機械驅動(dòng)器具有微型發(fā)動(dòng)機、齒輪、軸承等運動(dòng)部件,在運行過(guò)程中會(huì )經(jīng)歷表面的緊密連接。粘性剪切力在微尺度下特別高,因此液體潤滑劑不再是減少摩擦的有效途徑?;赟i的微型電機和發(fā)動(dòng)機只能正常運行幾分鐘,然后會(huì )因為摩擦而崩潰。DLC涂層摩擦系數低,磨損率低,成為MEMS設備理想的固體潤滑劑。在實(shí)驗階段,線(xiàn)性電機的滑動(dòng)部件表面覆蓋了5-15nm厚的DLC層,將部件的使用壽命延長(cháng)到(15-80)×106個(gè)周期。雖然大多數MEMS電機不應用于腐蝕性空氣環(huán)境,但它們仍然會(huì )通過(guò)物理吸附接觸外部腐蝕環(huán)境,這將使材料的摩擦和耐磨性產(chǎn)生相當大的波動(dòng)。四面體非晶碳膜(ta-C)在這方面的性能優(yōu)于含氫非晶碳膜(a-C:H)。它們的摩擦系數在真空和干燥環(huán)境中很高,但在相當大的范圍內非常穩定,即使在濕度增加的環(huán)境中也沒(méi)有顯著(zhù)增加。
三、利用DLC涂層的各種性能作為MEMS結構材料。DLC涂層作為MEMS的結構材料,具有楊氏模量高、硬度高、導熱性高、熱膨脹系數低的特點(diǎn)。由于諧振頻率高,金剛石和DLC涂層已成功應用于懸臂梁和梳狀驅動(dòng)器作為結構材料;由于熱膨脹系數低,用于雙壓電晶片結構;它們廣泛應用于MEMS封裝,因為它們可以在很大程度上散熱;它們用于微齒輪和線(xiàn)性電機,摩擦系數低,耐磨性高?;贒LC涂層的MEMS設備包括傳感器和驅動(dòng)器。
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