什么是DLC鏡片鍍膜？它有哪些特征與應(yīng)用？

在現(xiàn)代光學(xué)技術(shù)中，鍍膜是提升鏡片性能的關(guān)鍵工藝之一，常見(jiàn)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(yīng)用領(lǐng)域（如紅外光學(xué)、軍工、醫(yī)療設(shè)備等），傳統(tǒng)鍍膜可能無(wú)法滿足高耐磨、高透光的需求，尤其在一些特殊戶外環(huán)境的一些光學(xué)產(chǎn)品，表面鋼化則需要一種更加實(shí)用的鍍膜方式，這時(shí)，DLC（Diamond-Like Carbon，類(lèi)金剛石碳）鍍膜便成為了一種理想選擇。

1. 什么是DLC鍍膜？

DLC（Diamond-Like Carbon，類(lèi)金剛石碳）是一種非晶態(tài)碳材料，其結(jié)構(gòu)介于石墨（軟質(zhì)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(jié)合方式，從而使其最終產(chǎn)生不同的物質(zhì)。金剛石（diamond）—碳碳以 sp3鍵的形式結(jié)合；石墨（graphite）—碳碳以sp2鍵的形式結(jié)合；而類(lèi)金剛石（DLC）—碳碳則是以sp3和 sp2鍵的形式結(jié)合，生成的無(wú)定形碳的一種亞穩(wěn)定形態(tài)，它沒(méi)有嚴(yán)格的定義，可以包括很寬性質(zhì)范圍的非晶碳，因此兼具了金剛石和石墨的優(yōu)良特性；

因此，由類(lèi)金剛石而來(lái)的DLC膜同樣是一種亞穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)程無(wú)序的非晶材料，碳原子間的鍵合方式是共價(jià)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(shù)量的C-H鍵。它既具備類(lèi)似金剛石的高硬度、高耐磨性，又擁有良好的光學(xué)透過(guò)率和化學(xué)穩(wěn)定性。

DLC鍍膜的主要特性

特性 /說(shuō)明

高硬度 /硬度可達(dá)20-80 GPa（接近天然鉆石），抗刮擦能力極強(qiáng)

低摩擦系數(shù) /表面光滑，摩擦系數(shù)低（0.1-0.2），適合運(yùn)動(dòng)部件

化學(xué)惰性 /耐酸、堿、鹽腐蝕，適用于惡劣環(huán)境

紅外高透過(guò)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(yī)療設(shè)備，如內(nèi)窺鏡、手術(shù)器械

2. DLC鍍膜在光學(xué)鏡片中的應(yīng)用

DLC鍍膜通常用于需要高耐久性+高透光率的光學(xué)鏡片，例如：

紅外熱成像鏡頭（8-14μm波段）

激光光學(xué)系統(tǒng)（如CO?激光鏡片）

軍用/航空光學(xué)設(shè)備（需抗沙塵、抗沖擊）

醫(yī)療內(nèi)窺鏡（耐磨+生物相容性）

DLC鍍膜 vs. 傳統(tǒng)鍍膜

鍍膜類(lèi)型 /優(yōu)點(diǎn) /缺點(diǎn)

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(jī)械強(qiáng)度低

DLC鍍膜 /高硬度+高透光 /成本較高，需精密沉積工藝

3. 為什么DLC鍍膜在8-14μm波段仍能保持高透過(guò)率？

在紅外光學(xué)（如熱成像、激光傳輸）中，8-14μm是一個(gè)重要波段，但許多材料在此波段吸收較強(qiáng)，DLC鍍膜能保持高透過(guò)率的關(guān)鍵在于具備低吸收率（DLC的碳鍵結(jié)構(gòu)使其在中遠(yuǎn)紅外波段吸收極低）、可調(diào)控折射率（通過(guò)調(diào)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(huì)明顯影響紅外光的穿透）。

典型數(shù)據(jù)：

單層DLC鍍膜在8-14μm波段透過(guò)率可達(dá) 88%以上

結(jié)合AR鍍膜（如一面AR+一面DLC），透過(guò)率可進(jìn)一步提升至 90%+

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(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）技術(shù)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(xué)均勻性。

PECVD（等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積）：可制備更均勻的DLC膜層，適合光學(xué)應(yīng)用。

關(guān)鍵參數(shù)：

沉積溫度（通常<200℃以避免損傷光學(xué)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(lái)發(fā)展趨勢(shì)

DLC鍍膜仍在不斷優(yōu)化，未來(lái)可能的發(fā)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(fù)合DLC（結(jié)合其他材料，如氮化硅）以增強(qiáng)機(jī)械性能

超低應(yīng)力DLC（避免膜層開(kāi)裂，提高耐久性）

DLC鍍膜憑借其超高硬度、優(yōu)異的紅外透過(guò)率和化學(xué)穩(wěn)定性，成為高端光學(xué)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(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)>88%的高透過(guò)率+超強(qiáng)耐磨性，適用于軍工、醫(yī)療、激光等嚴(yán)苛環(huán)境，隨著鍍膜技術(shù)的進(jìn)步，DLC有望在更多光學(xué)領(lǐng)域替代傳統(tǒng)鍍膜，成為下一代高性能光學(xué)器件的關(guān)鍵材料。