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什么是DLC鏡片鍍膜?它有哪些特征與應用?

2025-04-24 派大星

在現代光學技術中,鍍膜是提升鏡片性能的關鍵工藝之一,常見的鍍膜包括抗反射(AR)鍍膜、防水鍍膜、增透鍍膜等。然而,在特殊應用領域(如紅外光學、軍工、醫療設備等),傳統鍍膜可能無法滿足高耐磨、高透光的需求,尤其在一些特殊戶外環境的一些光學產品,表面鋼化則需要一種更加實用的鍍膜方式,這時,DLC(Diamond-Like Carbon,類金剛石碳)鍍膜便成為了一種理想選擇。

 什么是DLC鏡片鍍膜?它有哪些特征與應用?

1. 什么是DLC鍍膜?

DLC(Diamond-Like Carbon,類金剛石碳)是一種非晶態碳材料,其結構介于石墨(軟質碳)和金剛石(超硬碳)之間。我們都知道,碳元素因碳原子和碳原子之間的不同結合方式,從而使其最終產生不同的物質。金剛石(diamond)—碳碳以 sp3鍵的形式結合;石墨(graphite)—碳碳以sp2鍵的形式結合;而類金剛石(DLC)—碳碳則是以sp3和 sp2鍵的形式結合,生成的無定形碳的一種亞穩定形態,它沒有嚴格的定義,可以包括很寬性質范圍的非晶碳,因此兼具了金剛石和石墨的優良特性;

 

因此,由類金剛石而來的DLC膜同樣是一種亞穩態長程無序的非晶材料,碳原子間的鍵合方式是共價鍵,主要包含sp2和sp3兩種雜化鍵,而在含氫的DLC膜中還存在一定數量的C-H鍵。它既具備類似金剛石的高硬度、高耐磨性,又擁有良好的光學透過率和化學穩定性。

 DLC鏡片鍍膜

DLC鍍膜的主要特性

特性 /說明

高硬度 /硬度可達20-80 GPa(接近天然鉆石),抗刮擦能力極強

低摩擦系數 /表面光滑,摩擦系數低(0.1-0.2),適合運動部件

化學惰性 /耐酸、堿、鹽腐蝕,適用于惡劣環境

紅外高透過率 /在8-14μm波段仍能保持高透光率(如88%以上)

生物相容性 /可用于醫療設備,如內窺鏡、手術器械

 

2. DLC鍍膜在光學鏡片中的應用

DLC鍍膜通常用于需要高耐久性+高透光率的光學鏡片,例如:

紅外熱成像鏡頭(8-14μm波段)

激光光學系統(如CO?激光鏡片)

軍用/航空光學設備(需抗沙塵、抗沖擊)

醫療內窺鏡(耐磨+生物相容性)

 

DLC鍍膜 vs. 傳統鍍膜

鍍膜類型 /優點 /缺點

AR鍍膜(抗反射)/ 提高透光率 /耐磨性一般

MgF?鍍膜(氟化鎂)/成本低,抗反射 /硬度較低

金屬鍍膜(如金、銀)/高紅外反射 /易氧化,機械強度低

DLC鍍膜 /高硬度+高透光 /成本較高,需精密沉積工藝

 鏡片鍍膜

3. 為什么DLC鍍膜在8-14μm波段仍能保持高透過率?

在紅外光學(如熱成像、激光傳輸)中,8-14μm是一個重要波段,但許多材料在此波段吸收較強,DLC鍍膜能保持高透過率的關鍵在于具備低吸收率(DLC的碳鍵結構使其在中遠紅外波段吸收極低)、可調控折射率(通過調整沉積工藝(如PECVD),可使DLC的折射率匹配基底材料,減少反射損失)以及超薄均勻性(DLC鍍膜通常僅幾百納米厚,不會明顯影響紅外光的穿透)。

 

典型數據:

單層DLC鍍膜在8-14μm波段透過率可達 88%以上

結合AR鍍膜(如一面AR+一面DLC),透過率可進一步提升至 90%+

 磁控濺射鍍膜

4. DLC鍍膜的制備工藝

DLC鍍膜通常采用物理氣相沉積(PVD)或等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)技術制備:

PVD(磁控濺射、電弧離子鍍):適合高硬度DLC,但可能影響光學均勻性。

PECVD(等離子體增強化學氣相沉積):可制備更均勻的DLC膜層,適合光學應用。

 

關鍵參數:

沉積溫度(通常<200℃以避免損傷光學基底)

氣體比例(如甲烷+氬氣混合)

偏壓電壓(影響膜層致密度)

 

5. 未來發展趨勢

DLC鍍膜仍在不斷優化,未來可能的發展方向包括:

摻雜DLC(如Si-DLC、F-DLC)以提升特定波段的性能

納米復合DLC(結合其他材料,如氮化硅)以增強機械性能

超低應力DLC(避免膜層開裂,提高耐久性)

 

DLC鍍膜憑借其超高硬度、優異的紅外透過率和化學穩定性,成為高端光學鏡片的理想選擇。特別是在8-14μm紅外波段,它能夠與AR鍍膜協同工作,實現>88%的高透過率+超強耐磨性,適用于軍工、醫療、激光等嚴苛環境,隨著鍍膜技術的進步,DLC有望在更多光學領域替代傳統鍍膜,成為下一代高性能光學器件的關鍵材料。

標簽: DLC鏡片鍍膜
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