Carbone diamantaire

Le carbone diamantaire (DLC) de est n'importe laquelle de sept formes de matériaux amorphes du carbone qui montrent certaines des propriétés uniques du diamant normal . Elles sont habituellement appliquées comme enduits à d'autres matériaux qui pourraient tirer bénéfice de certaines de ces propriétés. Chacun des sept contient des quantités significatives d'atomes du carbone hybridés par de sp³ . La raison pour laquelle il y a différents types est que même le diamant normal peut être trouvé dans deux polytypes cristallins. L'habituel a ses atomes de carbone disposés dans un trellis cubique , alors que très le rare ( Lonsdaleite ) a un trellis hexagonal . En mélangeant ces polytypes dans diverses manières au niveau de nanoscale de la structure, on peut faire des enduits de DLC qui sont en même temps amorphes, flexible, mais purement " métallisé par sp³ ; diamond" ;. Le plus dur, le plus fort, et plus luisant est un tel mélange, connu sous le nom de carbone amorphe tétraédrique, ou le ta-C . Par exemple un enduit de l'épaisseur seulement 2μm du ta-C augmente la résistance de l'acier inoxydable (type 304 de c. ) de commun contre l'usage abrasif ; changement de sa vie dans un tel service d'une semaine en 85 ans. Un tel ta-C peut être considéré le " ; pure" ; former de DLC, puisqu'il consiste seulement en atomes de carbone métallisés par sp³. Des remplisseurs tels que l'hydrogène , le carbone graphitique de sp², et les métaux sont employés sous les 6 autres formes pour réduire des dépenses de production, mais au coût de diminuer les vies de service des articles étant enduits. Les diverses formes de DLC peuvent être appliquées à presque n'importe quel matériel qui est compatible avec un environnement de vide. En 2006, on a estimé que le marché pour les enduits externalisés de DLC est le € environ 30.

Distinction de diamant normal et synthétique

Le diamant naturel presque est toujours trouvé sous la forme cristalline avec purement une orientation cubique des atomes de carbone métallisés par sp³. Parfois il y a des défauts de trellis ou des inclusions des atomes d'autres éléments qui donnent la couleur à la pierre, mais l'arrangement de trellis des carbones demeure cubique et la liaison est purement sp³. L'énergie interne du polytype cubique est légèrement inférieure que ce de la forme hexagonale et les taux de croissance du matériel fondu dans des méthodes de production synthétiques du diamant normal et en bloc sont assez lents que la structure de trellis a le temps pour se développer sous la forme (cubique) de la plus basse énergie qui est possible à la liaison de sp³ des atomes de carbone. En revanche, DLC est typiquement produit par les processus dans lesquels des carbones préliminaires de haute énergie (le par exemple dans les plasmas , dans le pulvérisent le dépôt et dans le dépôt de faisceau d'ions de ) sont rapidement refroidis ou éteints sur les surfaces relativement froides. Dans ces cas cubiques et trellis hexagonaux peut être aléatoirement entremêlée, la couche par couche atomique, parce qu'il n'y a plus de temps disponible pour une des géométries cristallines à se développer aux dépens de l'autre avant que les atomes soient " ; frozen" ; en place dans le matériel. Les enduits amorphes du DLC peuvent résulter qui n'ont aucun ordre cristallin de long terme. Sans ordre de long terme il n'y a aucun avion de rupture fragile, ainsi de tels enduits sont flexibles et isogones à la forme fondamentale étant enduite, tout en étant toujours aussi durs que le diamant.

Production

sont plusieurs méthodes pour produire DLC, mais toutes dépendent du fait qu'en carbone la longueur en esclavage de sp³ est de manière significative moins que la longueur du lien de sp². Ainsi l'application de la pression, de l'impact, de la catalyse , ou d'une certaine combinaison de ces derniers à la balance atomique peut forcer les atomes de carbone métallisés par sp² plus étroits ensemble dans des liens de sp³. Ceci doit être fait assez vigoureusement que les atomes ne peuvent pas simplement dos de ressort à part dans des séparations caractéristiques des liens de sp². Habituellement les techniques l'un ou l'autre cartel une telle compression avec une poussée du nouveau faisceau de sp³ ont collé le carbone plus profond dans l'enduit de sorte qu'il n'y ait aucune pièce pour l'expansion de nouveau aux séparations requises pour la liaison de sp² ; ou le nouveau faisceau est enterré par l'arrivée du nouveau carbone destinée pour le prochain cycle des impacts. Il est raisonnable d'envisager le processus comme " ; hail" ; des projectiles ce produit a localisé, des versions plus rapides, de du nanoscale des combinaisons classiques de la chaleur et la pression qui produisent le diamant normal et synthétique. Puisqu'elles se produisent indépendamment à beaucoup d'endroits à travers la surface d'un film ou d'un enduit croissant, elles tendent à produire un analogue d'une rue du pavé rond avec les galets étant des nodules ou des faisceaux de carbone métallisé par sp³. Selon le " particulier ; recipe" ; en utilisant, il y a des cycles du dépôt du carbone et l'impact ou les proportions continues de nouvelle arrivée et de projectiles de carbone donnant les impacts requis pour forcer la formation du sp³ colle. En conséquence, le ta-C peut avoir la structure d'une rue de pavé rond, ou les nodules peuvent " ; together" de fonte ; pour faire quelque chose plutôt une éponge ou les galets peut être si petite quant à soit presque invisible à la formation image. Un " classique ; medium" ; la morphologie pour un film de ta-C de est montrée dans la figure.

Propriétés

Comme implicite par le nom, le carbone diamantaire (DLC), la valeur de tels enduits provient de leurs capacités de fournir certaines des propriétés du diamant aux surfaces de presque n'importe quel matériel. Cependant, à que des propriétés sont ajouté à une surface et quel degré dépend desquelles des 7 formes être appliqué, et autre sur les quantités et les types de diluants supplémentaires pour réduire le coût de production. Dans 2006 l'association des ingénieurs allemands, le VDI , la plus grande association de technologie en Europe occidentale a publié un rapport bien fondé VDI2840 afin de clarifier la multiplicité existante de limites embrouillantes et de noms commerciaux. Elle fournit une classification et une nomenclature uniques pour des films (DLC) de diamant-comme-carbone et de diamant. Elle a réussi à rapporter toute l'information nécessaire pour identifier et comparer les différents films de carbone de DLC qui sont offerts sur le marché. Citation de ce document : les liens

These peuvent se produire non seulement avec des cristaux - en d'autres termes, en solides avec l'ordre à longue portée - mais également en solides amorphes où les atomes sont dans un arrangement aléatoire. Dans ce cas-ci là collera seulement entre quelques différents atomes et pas dans un ordre à longue portée se prolongeant au-dessus d'un grand nombre d'atomes. Les types en esclavage ont une influence considérable sur les propriétés matérielles des films amorphes de carbone. Si le type de sp² est prédominant le film sera plus mou, si le type de sp³ est prédominant le film sera harder.

A la cause déterminante que secondaire de la qualité s'est avérée le contenu partiel de l'hydrogène. Certaines des méthodes de production impliquent l'hydrogène ou le méthane comme catalyseur et un pourcentage considérable d'hydrogène peuvent rester dans le matériel de finition de DLC. Quand on le rappelle que le plastique mou, le polyéthylène est fait à partir du carbone qui est collé purement par les liens diamantaires de sp³, mais inclut également chimique l'hydrogène de liaison, il n'est pas étonnant pour apprendre que les fractions de l'hydrogène restant en films de DLC les dégradent presque autant que font des résidus de carbone métallisé par sp². Le rapport VDI2840 a confirmé l'utilité de localiser un matériel particulier de DLC sur une carte à deux dimensions sur laquelle l'axe des abscisses a décrit la fraction de l'hydrogène dans le matériel et l'axe des ordonnées a décrit la fraction des atomes de carbone métallisés par sp³. Le plus de haute qualité des propriétés diamantaires a été affirmé pour être corrélé avec la proximité de la traçage de point de carte (X, Y) des coordonnées d'un matériel particulier au coin gauche supérieur à (0.1), à savoir hydrogène de 0% et liaison de 100% sp³. Ce " ; pure" ; Le matériel de DLC est le ta-C et d'autres sont des approximations qui sont dégradées par des diluants tels que l'hydrogène, le carbone métallisé par sp², et les métaux. Les propriétés intéressantes des matériaux qui sont le ta-C , ou presque le ta-C suivent.

Dureté

Dans le " ; cobblestones" ; , nodules, faisceaux, ou " ; sponges" ; (les volumes en lesquels la liaison locale est sp³) des angles en esclavage peuvent être tordus de ceux trouvés dans l'un ou l'autre trellis cubiques ou hexagonaux purs en raison de l'entremêlement des deux. Le résultat est l'effort (compressif) interne qui peut sembler s'ajouter à la dureté mesurée un échantillon de DLC. La dureté est souvent mesurée par les méthodes de Nanoindentation dans lesquelles une aiguille finement dirigée de diamant normal est obligatoire dans la surface d'un spécimen. Si l'échantillon est tellement légèrement qu'il y a seulement un à une seule couche des nodules, alors l'aiguille peut écrire la couche de DLC entre les pavés ronds durs et les pousser à part sans sentir la dureté des volumes métallisés par sp³. Les mesures seraient basses. Réciproquement, si l'aiguille probing entre dans un film assez profondément pour avoir plusieurs couches de nodules ainsi elle ne peut pas être écartée latéralement, ou si elle entre sur un pavé rond dans un à une seule couche, puis lui mesurera non seulement la vraie dureté de la liaison de diamant, mais une dureté apparente encore plus grande parce que l'effort de compression interne dans ces nodules fournirait davantage de résistance à la pénétration du matériel par l'aiguille. Les mesures de Nanoindentation ont rapporté la dureté aussi grande que 50% davantage que des valeurs pour le diamant cristallin normal. Puisque l'aiguille est émoussée dans ces cas-ci ou même cassée, les nombres réels pour la dureté qui dépassent cela du diamant normal sont sans signification. Ils prouvent seulement que les parties dures d'un matériel optimal de ta-C de casseront le diamant normal plutôt que l'inverse. Néanmoins, d'un point de vue pratique qu'il n'importe pas comment la résistance d'un matériel de DLC est développée, il peut être plus dur que le diamant normal dans l'utilisation.

Liaison des enduits de DLC

Le même effort interne que les avantages la dureté des matériaux de DLC le rend difficile de coller de tels enduits sur les substrats à protéger. L'essai d'efforts internes au " ; pop" ; les enduits de DLC au loin des échantillons fondamentaux. Cette remise en question du côté incliné de la dureté extrême est répondue de plusieurs manières, selon le " particulier ; art" ; du processus de fabrication. Le plus simple est d'exploiter la liaison chimique normale qui se produit dans les cas dans lesquels les ions de carbone d'incident assurent le matériel à effectuer dans les atomes de carbone métallisés par sp³ et les énergies effectuantes qui compriment des volumes de carbone condensés plus tôt. Dans ce cas-ci les premiers ions de carbone effectueront la surface de l'article à enduire. Si cet article est fait d'un carbure - formant la substance telle que le Ti ou le Fe en acier on formera une couche du carbure qui plus tard est collé sur le DLC développé sur elle. D'autres méthodes de liaison incluent des stratégies telles que les couches intermédiaires déposantes qui ont des espacements atomiques qui évaluent de ceux du substrat à ceux caractéristiques du carbone métallisé par sp³. En 2006 il y avait autant de recettes réussies pour des enduits de la liaison DLC car il y avait des sources de DLC.

Tribologie

Les enduits de DLC sont employés souvent pour empêcher l'usage dû à ses propriétés tribologiques de l'excellent . DLC est très résistant à l'abrasif et à l'usage adhésif le rendant approprié pour l'usage dans les applications qui éprouvent la pression extrême de contact, en roulement et contact glissant. DLC est employé souvent pour empêcher l'usage sur des lames de rasoir et des outils de coupe en métal, y compris les insertions et les coupeurs de fraisage DLC de tour est utilisés dans des palpeurs de came des cames des roulements , et des axes dans l'industrie d'automobile. Les enduits réduisent l'usage au cours de la période « rodage », où les composants de boîte de vitesse peuvent être affamés pour la lubrification .

DLC peuvent également être employés dans les enduits de caméléon de qui sont conçus pour empêcher l'usage pendant le lancement, l'orbite, et la ré-entrée des véhicules spatiaux lancés à terre. DLC fournit l'onctuosité à l'atmosphère ambiante et au vide, à la différence du graphite qui exige de l'humidité d'être lubrique.

En dépit des propriétés tribologiques favorables de DLC il doit être employé avec prudence sur les métaux ferreux. S'il est employé à températures élevées, le substrat ou le contre- visage peut carburer , qui pourrait mener à la perte de fonction due à un changement de dureté. Ce phénomène empêche l'utilisation de la machine-outil enduite par DLC sur l'acier . Si un matériel de DLC est assez proche du ta-C sur des parcelles de terrain des rapports de liaison et du contenu d'hydrogène ce peut être un isolateur avec des valeurs élevées de la résistivité. Peut-être plus intéressant est que si préparé dans le " ; medium" ; la version de pavé rond telle que représenté sur la figure ci-dessus, l'électricité est passée par elle par un mécanisme de la conductivité de houblonnage qui n'est pas malheureusement couverte dans la référence de Wikipedia sur la matière. Ce type de conduction de l'électricité les électrons se déplacent par le perçage d'un tunnel mécanique de Quantum de entre les poches de matériel conducteur d'isolement dans un isolateur. Le résultat est qu'un tel processus fait au matériel quelque chose comme un semi-conducteur . Davantage de recherche sur les propriétés électriques est nécessaire pour expliciter une telle conductivité dans le ta-C afin de déterminer sa valeur pratique. Cependant, une propriété électrique différente de l'émissivité a été montrée pour se produire aux niveaux uniques pour le ta-C . De telles valeurs élevées tiennent compte pour que des électrons soient émis des électrodes enduites de ta-C de dans le vide ou dans d'autres solides avec l'application des niveaux modestes de la tension appliquée. Ceci a soutenu des avances importantes en technologie médicale.

Applications

Par 2007 les applications les plus répandues de DLC étaient ceux exploitant la capacité de ce matériel de réduire l'usage abrasif particulièrement pour des outils (fraisant, forant), des timbres et des moules. Par exemple, DLC est employé dans les moteurs de la plupart des motos modernes de supersport, racecars de la formule 1, véhicules du NASCAR , et est employé comme enduit sur des plateaux du disque dur et des têtes de lecture de disque dur pour se protéger contre les accidents principaux . Pratiquement tous les rasoirs multi-à lames utilisés pour le rasage humide ont les bords enduits de DLC hydrogène-libre pour réduire l'abrasion de la peau sensible. Quelques formes ont été certifiées à l'UE pour le service de traiteur et trouvent des utilisations étendues dans les actions à grande vitesse impliquées en transformant des nourritures de nouveauté telles que le " ; le ébrèche le " de ; et en guidant des écoulements de la matière dans les produits alimentaires de empaquetage avec les enveloppes en plastique. DLC enduit les tranchants des outils pour la formation des surfaces exposées difficiles du bois et l'aluminium à grande vitesse et secs , par exemple sur des tableaux de bord d'automobile.

La pompe humaine implantable de coeur peut être considérée l'application biomédicale finale où l'enduit de DLC est employé sur les surfaces de contact de sang des composantes clés du dispositif.

D'autres applications médicales telles que l'intervention coronaire percutanée utilisant le Brachytherapy trouvent les avantages accessoires des properities électriques uniques de DLC. Aux électrodes de basses tensions et de basses températures enduites de DLC peut émettre assez d'électrons à arranger dans jetable, tubes de micro-X-rayon aussi petits que les graines radioactives qui sont présentées dans des artères ou des tumeurs dans le conventionnel Brachytherapy . La même dose de rayonnement prescribed peut être le appliqué de l'intérieur, dehors avec la possibilité additionnelle pour commuter en marche et en arrêt le rayonnement dans le modèle prescribed pour les rayons X étant employés.

Soucis sociaux, impact sur l'économie soutenable

La recherche Peer-reviewed publiée aux journaux savants a établi que les augmentations des vies des articles ont enduit de DLC qui portent dehors en raison de l'abrasion peuvent être décrits par la formule le $f\; =\; (g)^\; \backslash \; MU\; \backslash$, où g est un nombre qui caractérise le type de DLC, le type d'abrasion, le matériel de substrat et le μ est l'épaisseur de l'enduit de DLC dans le μm. Pour le " ; bas-impact" ; l'abrasion (pistons dans les cylindres, les roues à aubes dans des pompes pour les liquides arénacés, le etc. ), g pour le pur ta-C sur l'acier inoxydable 304 est 66. Ceci signifie que l'épaisseur d'one-μm ( c. ~5% de l'épaisseur d'un hairend humain) augmenterait la vie de service pour l'article qu'elle a enduit d'une semaine à sur une année et épaisseur de two-μm l'augmenterait d'une semaine à 85 ans. Ce sont des valeurs mesurées ; cependant dans le cas du 2μm enduisant la vie a été extrapolé de la dernière fois où l'échantillon a été évalué jusqu'à ce que l'appareillage d'essai lui-même ait porté dehors.

Dans un sens global, les soucis environnementaux prouvent les besoins d'économie soutenable dans laquelle des articles ne sont pas machinés pour abaisser l'exécution ou pour échouer pr3maturément afin de soutenir une plus grande production des unités et de leurs remplacements fréquents. Pourtant il y a environ de 100 externalisent des fournisseurs des enduits de DLC qui sont chargés avec des quantités de graphite et d'hydrogène et ainsi donnent des g-nombres beaucoup inférieurs que 66 sur les mêmes substrats. En 2007 une disponibilité des formes plus durables a commencé à apparaître.

Voir également

Déposition en phase vapeur
Dépôt cathodique d'arc de

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Random links:

Hurdsfield, le Dakota du Nord | Maître d'hôtel de James | Ravi Arimilli | singe de GoldenPalace.com | Carbón_tipo_diamante

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