CN1354276A - 碳膜及其形成方法 - Google Patents

碳膜及其形成方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1354276A
CN1354276A CN01135772A CN01135772A CN1354276A CN 1354276 A CN1354276 A CN 1354276A CN 01135772 A CN01135772 A CN 01135772A CN 01135772 A CN01135772 A CN 01135772A CN 1354276 A CN1354276 A CN 1354276A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
carbon film
carbon
main component
average area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN01135772A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1174116C (zh
Inventor
三宅浩二
村上泰夫
竹内上
中东孝浩
绪方洁
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissin Electric Co Ltd filed Critical Nissin Electric Co Ltd
Publication of CN1354276A publication Critical patent/CN1354276A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1174116C publication Critical patent/CN1174116C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/30—Self-sustaining carbon mass or layer with impregnant or other layer

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

本发明涉及一种含有碳作为主要成分,形成在软基体材料4上的碳膜C,其特征在于碳膜C被A分裂并且分成许多区域B,被裂缝A围起来的各区域(块)的平均面积为0.15×10－3mm2～20×10－3mm2。

Description

碳膜及其形成方法
                         技术领域
本发明涉及在软基体材料，如橡胶或塑料的表面上形成的碳膜(例如，这样碳膜具有低摩擦系数或低磨损的特点，应用于如机器零件的滑动部分)，以及它的形成方法。
                         背景技术
由于碳膜的高硬度，其多被用于涂在要求有高硬度的金属基体材料的表面上，如工具或交通工具零部件要求的。
碳膜有时也被涂在如橡胶或塑料的软基体材料的表面上。在这些情况中，如果碳膜涂在软基体材料的表面上，其优点是能够减小该表面的摩擦阻力，并且在保持软基体材料弹性的同时能够提供高硬度。基于此事实，近年来关于将碳膜涂在软基体材料表面的研究和发展取得了迅速的发展。
为了将碳膜涂在软基体材料的表面，例如，将软基体材料固定于封闭的成膜容器内，将含碳气体通入该容器，通过使气体成为等离子体的装置将该气体变为等离子体(例如：高频放电装置)，并在该等离子体下在软基体材料的表面上形成以碳为主要成分的碳膜。
带有这样形成的碳膜的软基体材料常常被用作滑动部件。例如，在压力下，涂有碳膜的软基体材料和其它部件一起滑动。
然而，由涂有碳膜的软基体材料构成的滑动部件可在各种情况下使用。例如，在滑动部件里，将预定压力施加在涂有碳膜的软基体材料的表面上，这时，为了保持滑动膜的功能，碳膜的摩擦系数必须很低。例如，在施加于软基体材料上的碳膜表面上的压力低于某特定值时，碳膜的摩擦系数是低的并合乎要求；可是，如果在高于这个值的压力下，因为碳膜的摩擦系数有时是高的，所以不能保持作为滑动部件的功能。
此外，即使碳膜经受相同的压力，有些情况下摩擦系数控制得低，有些情况下摩擦系数控制得高。
                         发明内容
因此，发明目的之一是提供以碳作为主要成分的碳膜以及形成这种碳膜的方法，该碳膜在软基体材料表面形成，并能够将摩擦系数控制得很低。
发明另一目的是提供在软基体材料表面形成以碳作为主要成分的碳膜，其中摩擦系数能够控制得很低以相应于施加在碳膜表面的压力。
发明进一步的目的是提供在软基体材料表面形成以碳作为主要成分的碳膜的形成方法，其中摩擦系数能够控制得很低以相应于施加在碳膜表面的压力。
发明人为解决这些问题进行了研究，并且取得下面的成果。
即在软基体材料表面形成的、以碳作为主要成分的碳膜裂分成许多区域。例如用下列碳膜形成仪器可以生成该碳膜。
附图的图3所示的是用等离子体CVD法的现有的碳膜形成仪器，其中甲烷气是原料气。
该碳膜形成设备包括成膜容器1，抽真空设备2，簇射板3和使气体成为等离子体的装置(这里，高频电极5通过一个匹配盒7与高频电源8相连)。抽真空设备2能够将成膜容器1内的空气抽空。簇射板3将含碳气体(这里是甲烷气体)引入被抽真空设备2抽成真空的成膜容器1内。使气体成为等离子体的装置将通过簇射板3引入成膜容器1内的气体成为等离子体。附带说一下，高频电极5可安在软基体材料4上。高频电极5施加通过匹配盒7从高频电源8引来的高频电压。由此，引入容器1的气体形成为等离子体，即在图中数字6所示的位置。
在图3所示的碳膜形成设备里，软基体材料4位于成膜容器1中的高频电极5上，并且容器1内部是封闭的。虽然封闭的容器1内部被抽真空设备2抽成真空，但从簇射板3引入作为原料气的甲烷(CH4)气体，并使容器1内处在理想的成膜压力状态。通常，真空容器1里的压力是0.1~10Pa。固定在软基体材料4上的高频电极5通以高频电压。然后，在容器1里面形成甲烷气等离子体6，作为甲烷组成元素的碳沉积在软基体材料4上。这样，在软基体材料4上形成了碳膜。顺便说一下，甲烷气体被用作原料气，而在软基体材料上形成碳膜时，通常用苯气体(C6H6)，而不是甲烷气体。
图4示意显示用甲烷气体或苯气体形成的碳膜的表面状况放大图。
如用电子显微镜观察形成的碳膜表面，如图4所示，可以看到在膜中出现无数裂缝A，由于裂缝A使膜被细分成许多区域B。这里，碳膜中被裂缝A围起来的区域B将称为“块”。
当在软基体材料上形成碳膜时，传统的碳膜成膜方法中利用甲烷气体或苯气体作为原料气，如果改变条件，如改变生成的碳膜上的电力时，块B的平均面积可能会改变。用甲烷气体作为原料气时，块B的平均面积约为0.01×10-3mm2～0.1×10-3mm2，而用苯气体作为原料气时，块B的平均面积约为0.06×10-3mm2～0.12×10-3mm2。
根据发明者的研究，已经明确，如果用含碳气体作为原料气引入成膜室，并且该气体的分子量比苯的更高(例如，比苯的分子量更高的烃)，另外如果用含氧原子并含碳的气体，或者用混到含碳的气体中的含氧原子的气体，都可以控制块B的平均面积，以便可以得到块B平均面积更大的碳膜。
发明者对块B的平均面积和碳膜摩擦系数之间的关系做了进一步的研究。发现它们之间存在密切相关。那就是，当块B的平均面积小于约0.15×10-3mm2时，碳膜表面的粗糙度大。当它大于约20×10-3mm2时，碳膜在压力下被细分成各个块B，导致碳膜表面的粗糙度。在其中任何一种情况下，碳膜的摩擦系数将变大。但是，如果块B的平均面积约为0.15×10-3～20×10-3mm2，就可以控制低的碳膜摩擦系数。换句话说，已经发现，相应于加到碳膜的压力将块B的平均面积选择为约0.15×10-3～20×10-3mm2，就可将碳膜的摩擦系数控制得很低。
在传统的碳膜生成方法中用甲烷气体或苯气体作为原料气，因为块B的平均面积的控制范围很窄，在用甲烷气的情况下为0.01×10-3mm2～0.1×10-3mm2，而在苯气体的情况下为0.06×10-3mm2～0.12×10-3mm2，因此不可能取得将碳膜的摩擦系数控制得很低的效果。可是，如果用含碳气体作为原料气引入成膜室，该气体的分子量比苯的更高(例如，比苯的分子量更高的烃)，另外如果用含氧原子并含碳的气体，或者用混到含碳原子的气体中的含氧原子的气体，都可以获得块B的平均面积更大的碳膜(即平均面积约为0.15×10-3～20×10-3mm2)。因此，可以获得这样一种摩擦系数控制得很低的碳膜。
基于上述发现，发明将提供下面的碳膜和形成该碳膜的方法。
(1)碳膜
碳作为主要成分的碳膜，形成于软基体材料的表面上，其中该膜分裂并分成许多区域，并且被裂缝围起来的各区域的平均面积为0.15×10-3～20×10-3mm2。
(2)形成碳膜的方法
形成碳膜的方法，其中软基体材料位于封闭的成膜容器里，将含碳气体引入该容器里，通过用使气体成为等离子体的装置将该气体变为等离子体，在该等离子体下，碳作为主要成分的碳膜形成于软基体材料的表面上，所述膜分裂并被分成许多区域，并且被裂缝围起来的各区域的平均面积为0.15×10-3～20×10-3mm2。
本发明的碳膜及其形成方法中，被裂缝围起来的各区域(块)的平均面积如下获得。
即对于在碳膜上是任意选择的每五个相同面积(500μm×500μm＝0.25mm2)的部分，用放大倍数为250倍的扫描式电子显微镜(SEM)进行放大观察以计算该区域中的块数，每部分的面积(0.25mm2)除以块数得到块的面积，同样测定这五部分，就可以获得块面积的平均值，即块的平均面积。
根据本发明的碳膜，因为被裂缝包起来的各区域的平均面积是0.15×10-3～20×10-3mm2，碳膜的摩擦系数可以控制得很低。进一步说，在碳膜和其它部件之间的共同干-滑动的摩擦系数也可以控制得很低，而不必用如油等润滑剂。
软基体材料是这样一些材料，在压力下或在不用如油等润滑剂的干条件下，它和其它部件一起滑动。在这种情况下，优化被裂缝包起来的各区域的平均面积，其中相应于碳膜表面上的压力，碳膜的摩擦系数被控制得很低，举例来说，当软基体材料和其它部件一起在低于8×105Pa的压力下滑动时，最佳面积约为0.15×10-3～20×10-3mm2；当软基体材料和其它部件一起在8×105Pa～4×106Pa的压力下滑动时，最佳面积约为0.15×10-3～4×10-3mm2；以及当软基体材料和其它部件一起在高于4×106Pa的压力下滑动时，最佳面积约为0.15×10-3～2×10-3mm2。
按照本发明形成碳膜的方法可以生产本发明的碳膜。按照本发明形成碳膜的方法生产的碳膜，与上述本发明可以参考的碳膜相同。
在本发明的成膜方法中，软基体物质固定于封闭的成膜容器里，将含碳气体引入该容器中，通过使气体成为等离子体的装置使该气体变为等离子体，在该等离子体下，在软基体材料的表面上形成这样的碳膜，其被裂缝包起来的各区域的平均面积为0.15×10-3～20×10-3mm2。
根据发明的碳膜形成方法，因为在要形成的碳膜中，被裂缝包起来的各区域的平均面积是0.15×10-3～20×10-3mm2时，有可能将摩擦系数控制得很低的碳膜。
本发明的碳膜形成方法可以采用下列在(a)到(c)所例举的任何气体，由此可获得被裂缝包起来的各区域的平均面积是0.15×10-3～20×10-3mm2的碳膜。作为比苯的分子量更高的烃类气体的例子，例举分子通式可以用CXHY(X≥6，Y≥7)来表示的气体，例如C6H12(环己烷)气体、C6H14(己烷)气体或C8H18(辛烷)气体。作为含氧和碳两种原子的气体的例子，例举用分子通式CXHYOZ表示的气体。这里，X，Y，Z分别是整数或1或更大。作为更精确的例子，例举X≥1、Y≥2和Z≥1。实际上可以例举CH3OH(甲醇)气体、C2H5OH(乙醇)气体和CH3COCH3(丙酮)气体。作为混到含碳原子气体中的含氧原子的气体的例子，例举含碳原料气和主要成分是金属氧化物的气体或主要成分是硅烷氧化物的气体的混合物。具体地说，CH4(甲烷)气体或C6H6(苯)气体和主要成分是TiO2(氧化钛)的气体的混合物；或者CH4(甲烷)气体或C6H6(苯)气体和主要成分是TEOS(四乙氧基硅烷)的气体的混合物。在这种情况下，可以用CXHY(X≥6，Y≥7)气体代替甲烷气体或苯气体，作为含碳气体。
任何一种方式，本发明的碳膜和碳膜形成方法中，作为软基体材料，例如，可以列举橡胶基体材料如硅烷橡胶，或者塑料基体材料，但不局限于此。
                         附图说明
图1示意形成本发明碳膜的软基体材料的部分剖视图；
图2示意在图1所示的碳膜表面状况的放大图；
图3是显示碳膜形成设备的侧视图；
图4示意显示用甲烷气体或苯气体作为原料气形成的碳膜的表面状况的放大图；
图5A示意显示一个实施例的剖视图，其中用具有相对小的平均面积的块的碳膜形成的软基体材料和一个刚性球一起滑动；
图5B示意显示一个实施例的剖视图，其中用具有相对大的平均面积的块的碳膜形成的软基体材料和一个刚性球一起滑动；和
图6是显示关于实施例1～8中所得到的碳膜的碳膜摩擦系数的图。
                       具体实施方式
参考附图来解释本发明的一个实施方案。
图1示意形成本发明碳膜的软基体材料的部分剖视图。图2示意在图1所示的碳膜表面状况的放大图。
图1中所示的碳膜C是在软基体材料4(这里是硅橡胶)表面上形成的以碳作为主要成分的膜。带有碳膜C的软基体材料4用作滑动部件。
如图2所示，碳膜C被裂缝A分成许多区域B。被裂缝A包起来的各区域B(后面称为“块”)的平均面积在预定范围内。
块B的平均面积可以用这样的方法获得，对于在碳膜上是任意选择的每五个相同面积(500μm×500μm＝0.25mm2)的部分，用放大倍数为250倍的扫描式电子显微镜(SEM)进行放大观察以计算该区域中的块数；每部分的面积(0.25mm2)除以块数得到块的面积；同样测定这五部分，就可以获得块面积的平均值，即块的平均面积。
如上所述，被裂缝A所包围的块B的平均面积和碳膜的摩擦系数之间密切相关。
图5A示意显示一个实施例，其中用具有平均面积相对较小的块B的碳膜C1形成的软基体材料4和其它部件9(这里是一个刚性球)一起滑动。图5B示意显示一个实施例，其中用具有平均面积相对较大的块B的碳膜C2形成的软基体材料4和其它部件9(这里是一个刚性球)一起滑动。
如图5A所示，当块B的平均面积相对小时，刚性球9陷入软基体材料4中。也就是说，块B的平均面积越小，刚性球和碳膜之间的接触面积就越大，造成阻力的裂缝A越多，导致碳膜C1的摩擦阻力大。与此相反，当块B的平均面积相对大时，如图5B所示，块B的平均面积越大，摩擦阻力越小。这表明碳膜C2作为涂在滑动部件上的膜是优良的膜。但是，如果平均面积太大，由于刚性球9的负载使碳膜C2破裂，裂缝A就会增加以至于碳膜C2的摩擦系数反而会增加。更精确地说，当块B的平均面积小于约0.15×10-3mm2和大于20×10-3mm2时，碳膜的摩擦系数将会变大。如果选择块B的平均面积约为0.15×10-3mm2～20×10-3mm2，相应于施加在碳膜表面的压力，碳膜的摩擦系数可以被控制得很低。
更进一步说，块B平均面积的最佳范围中，相应于施加在碳膜表面的压力，碳膜的摩擦系数可以被控制得很低，当软基体材料4和刚性球9一起在低于8×105Pa的压力下滑动时，该最佳范围约为0.15×10-3mm2～20×10-3mm2；当软基体材料4和刚性球9一起在8×105Pa～4×106Pa的压力下滑动时，该最佳范围约为0.15×10-3mm2～4×10-3mm2；当软基体材料4和刚性球9一起在高于4×106Pa的压力下滑动时，该最佳范围约为0.15×10-3mm2～2×10-3mm2。
在这里，碳膜中块B的平均面积范围在0.15×10-3mm2和20×10-3mm2之间，并且碳膜C的摩擦系数被控制得很低。
对本发明的碳膜形成方法做进一步的研究。本发明的碳膜形成方法生产了这样的本发明碳膜，该碳膜C被裂缝A分成许多区域B，并且被裂缝A包起来的各区域B(块)的平均面积为0.15×10-3mm2～20×10-3mm2。
实现本发明方法的成膜设备是，例如图3所示的碳膜形成设备，其中用含碳的并且分子量比苯更大的气体、含氧原子并含碳的气体、或者混到含碳气体中的含氧原子的气体取代传统气体(甲烷气体或苯气体)，作为原料气。
碳膜形成设备可以采用下列在(a)到(c)的任何气体，由此可控制块B的平均面积在约0.15×10-3～20×10-3mm2范围内。气体，其分子通式可以用CXHY来表示(X≥6，Y≥7)，例如C6H12(环己烷)气体、C6H14(己烷)气体或C8H18(辛烷)气体。气体，其分子通式可以用CXHYOZ表示(X≥1且Y≥2且Z≥1)。特别是CH3OH(甲醇)气体、C2H5OH(乙醇)气体和CH3COCH3(丙酮)气体。含碳原料气和主要成分是金属氧化物的气体或主要成分是硅烷氧化物的气体的混合物。具体地说，CH4(甲烷)气体或C6H6(苯)气体和主要成分是TiO2(氧化钛)的气体的混合物；或者CH4(甲烷)气体或C6H6(苯)气体和主要成分是TEOS(四乙氧基硅烷)的气体的混合物。
在碳膜形成设备中，如图3所示，软基体材料4固定在成膜容器1中的高频电极5上，容器1的内部是密闭的。虽然密闭容器1内用抽真空设备2抽成真空，但从簇射板引入上面提到的从(a)到(c)的任何一种气体作为原料气，并使容器1内部处于成膜的理想压力状态。总之，真空容器1内的压力为0.1～10Pa。安在软基体材料4上的高频电极5通以高频电压。然后，该气体被分解并在成膜容器1中形成该气体的等离子体6，并且作为气体分子组成元素的碳沉积在软基体材料4上。这样就在软基体材料4上形成了碳膜C，该碳膜被裂缝A分裂成许多区域，并具有低的摩擦系数，其中被裂缝A包起来的各区域B(块)的平均面积为0.15×10-3mm2～20×10-3mm2。
接下来解释用图3的设备在软基体材料上形成本发明碳膜的具体实施例和所得到的碳膜的例子以及对比实施例。
制备多层硅橡胶(杨氏系数：1×106Pa，厚度：2mm)作为软基体材料，并且通过改变原料气的种类，在软基体材料的表面形成厚度为1μm的碳膜。观察在各个软基体材料表面形成的碳膜的表面状况，测定该碳膜块的平均面积。
块B的平均面积可以用这样的方法获得，对于在碳膜上是任意选择的每五个相同面积(500μm×500μm＝0.25mm2)的部分，用放大倍数为250倍的扫描式电子显微镜(SEM)进行放大观察以计算该区域中的块数；每部分的面积(0.25mm2)除以块数得到该块的面积；同样测定这五部分，就可以获得块面积的平均值，即块的平均面积。
在下面的实施例1～8中，原料气是C6H12(环己烷)气体、C6H14(己烷)气体、C8H18(辛烷)气体、CH3OH(甲醇)气体、C2H5OH(乙醇)气体和CH3COCH3(丙酮)的混合物，CH4(甲烷)气体和主要成分是TEOS(四乙氧基硅烷)气体的混合物，或是C6H6(苯)气体和主要成分是TEOS(四乙氧基硅烷)气体的混合物。
在对比实施例1和2中，分别用CH4(甲烷)气体和C6H6(苯)气体作原料气。
测量结果如下：
                 引入的气体              块的平均面积
对比实施例1         CH4                   0.05×10-3mm2
对比实施例2         C6H6                 0.1×10-3mm2
实施例1             C6H12                2×10-3mm2
实施例2             C6H14                5×10-3mm2
实施例3             C8H18                8×10-3mm2
实施例4             CH3OH                 4×10-3mm2
实施例5             C2H5OH               10×10-3mm2
实施例6             CH3COCH3             8×10-3mm2
实施例7             CH4和TEOS             0.15×10-3mm2
实施例8             C6H6和TEOS           1×10-3mm2
与用CH4(甲烷)气体和C6H6(苯)气体作为原料气形成碳膜的对比实施例1和2相比较，在实施例1～3中，如果用C6H12(环己烷)气体、C6H14(己烷)气体、C8H18(辛烷)气体形成碳膜，这些气体是作为原料气的含碳气体并且具有比苯更高的分子量，所形成的块的面积较大。这是假设在等离子体中碳的分解程度很小或者没有充分分解(也就是说，在连接几个碳的大网条件下)的条件下，原料气中所含的碳被包含在膜中。
如实施例4～6，如果用含氧原子的醇气体如CH3OH(甲醇)作为原料气形成碳膜，以及如实施例7～8中，如果用混到含碳气体中的含硅烷氧化物如TEOS(四乙氧基硅烷)的气体作为原料气形成碳膜，那么块的平均面积比对比实施例1和2的更大。这是假设在碳和氧结合的条件下，原料气中所含的碳被包含在膜中。
对实施例1～8中所得到的碳膜，测定该碳膜的摩擦系数，这是在预定的时间后，用旋转滑动测定仪，通过滑动负载为5，20和100g的刚性球(Zr球)，在碳膜上画圈进行的。仪器和测定条件如下：
仪器：摩擦力测定仪，由(K.K.)Lesca制造
      型号：FRP-2000
测定条件：
      刚性球的质地：            氧化锆
      刚性球的直径：            5mm
      圆周运动的半径：          5cm
      圆周运动的速度：          10cm/sec
      滑动时间：                1小时
在图6中，横坐标轴是块的平均面积，纵坐标轴是碳膜的摩擦系数，结果如图6所示。
如图6所示，在滑动负载例如约为20g的刚性球，直至块的平均面积约为2×10-3mm2时，块的平均面积越大，碳膜的摩擦系数越小；直到块的平均面积约为4×10-3mm2时，仍保持使摩擦系数较低的最佳条件。但是，块的平均面积达到约5×10-3mm2或更大，碳膜的摩擦系数反而会上升。此时的碳膜表面，在碳膜和刚性球之间的滑动部分会有许多裂缝出现。
当用更轻的负载5g的刚性球滑动时，块的平均面积在较宽范围内，8×10-3mm2或更小，能够保持使碳膜的摩擦系数较低的最佳条件。但是，当块的平均面积为8×10-3mm2或更高时，碳膜的摩擦系数就会上升。
此外，当用重负载如约100g的刚性球滑动时，则碳膜的摩擦系数总体较大，但可以看到类似上述变化趋势出现。
当滑动负载为20和100g的刚性球时，滑动宽度都为约0.5mm。也就是说，负载20和100g分别对应约为8×105Pa和4×106Pa的压力。
如上所述，本发明的碳膜中，在碳膜形成的软基体材料用做滑动部件的情况下，如果块的平均面积在预定的范围内，就可以得到最佳摩擦和滑动性能。
在现有的碳膜形成方法中用甲烷气体和苯气体作为原料气，由于如上所述块的平均面积的范围控制较窄，所以将碳膜的摩擦系数控制较低的效果没有充分产生。但是，由于本发明的碳膜形成方法使用含碳并且分子量比苯更高的气体、含氧原子并含碳的气体或者混到含碳气体中的含氧原子的气体作为原料气，因此有可能获得具有更大的块平均面积的碳膜(即平均面积约为0.15×10-3mm2～20×10-3mm2)。因此得到具有最佳摩擦和滑动性能的碳膜。
如上所述，根据发明，有可能提供碳作为主要成分的碳膜及其形成方法，该碳膜在软基体材料表面上形成，并且能将摩擦系数控制较低。
另外，根据发明，有可能提供碳作为主要成分的碳膜，该碳膜在软基体材料表面上形成，并且在相应于施加在碳膜表面的压力，能将摩擦系数控制较低。
更进一步，根据发明，有可能提供碳作为主要成分的碳膜形成方法，该碳膜在软基体材料表面上形成，并且在相应于施加在碳膜表面的压力，能将摩擦系数控制较低。

Claims (12)

1.一种在软基体材料表面上形成的碳作为主要成分的碳膜，其中该碳膜被分裂并被分成许多区域，并且被裂缝围起来的各区域的平均面积为0.15×10-3mm2～20×10-3mm2。
2.权利要求1的碳膜，其中该碳膜形成在软基体材料的表面上，在低于8×105Pa的压力下，所述材料和其它部件一起滑动。
3.权利要求1的碳膜，其中该碳膜形成在压力8×105Pa～4×106Pa下和其它部件一起滑动的软基体材料表面上，并且被裂缝围起来的各区域的平均面积为0.15×10-3mm2～4×10-3mm2。
4.权利要求1的碳膜，其中该碳膜形成在压力为4×106Pa或更大时和其它部件一起滑动的软基体材料表面上，并且被裂缝围起来的各区域的平均面积为0.15×10-3mm2～2×10-3mm2。
5.一种碳作为主要成分的碳膜的形成方法，该方法包括：
在封闭的成膜容器里提供软基体材料；
将含碳气体引入该容器；和
使该气体成为等离子体，以便在等离子体下，在软基体材料表面上形成以碳为主要成分的碳膜，所述碳膜被分裂并分成许多区域，被裂缝围起来的各区域的平均面积为0.15×10-3mm2～20×10-3mm2。
6.权利要求5的碳膜形成方法，其中引入用分子通式为CXHY(X≥6，Y≥7)表示的气体作为所述含碳气体。
7.权利要求6的碳膜形成方法，其中所述气体是C6H12(环己烷)气体、C6H14(己烷)气体和C8H18(辛烷)气体的任一种。
8.权利要求5的碳膜形成方法，其中引入用分子通式为CXHYOZ(X，Y，Z是1或更大的整数)表示的气体作为所述含碳气体。
9.权利要求8的碳膜形成方法，其中所述气体是CH3OH(甲醇)气体、C2H5OH(乙醇)气体和CH3COCH3(丙酮)气体的任一种。
10.权利要求5的碳膜形成方法，其中引入含碳的原料气体和主要成分为金属氧化物或主要成分为硅烷氧化物的气体的混合气体作为所述含碳气体。
11.权利要求10的碳膜形成方法，其中所述气体是CH4(甲烷)气体或C6H6(苯)气体和主要成分为TiO2(氧化钛)或主要成分为TEOS(四乙氧基硅)的气体的混合气体。
12.权利要求10的碳膜形成方法，其中所述气体是用分子通式CXHY(X≥6，Y≥7)来表示的气体和主要成分为TiO2(氧化钛)或主要成分为TEOS(四乙氧基硅)的气体的混合气体。
CNB01135772XA 2000-10-17 2001-10-17 碳膜及其形成方法 Expired - Fee Related CN1174116C (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP316254/00 2000-10-17
JP316254/2000 2000-10-17
JP2000316254A JP3985444B2 (ja) 2000-10-17 2000-10-17 軟質基材表面への炭素膜の形成方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1354276A true CN1354276A (zh) 2002-06-19
CN1174116C CN1174116C (zh) 2004-11-03

Family

ID=18795231

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB01135772XA Expired - Fee Related CN1174116C (zh) 2000-10-17 2001-10-17 碳膜及其形成方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6656592B2 (zh)
EP (1) EP1199379B1 (zh)
JP (1) JP3985444B2 (zh)
CN (1) CN1174116C (zh)
DE (1) DE60141939D1 (zh)
HK (1) HK1047605B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106082164A (zh) * 2016-06-09 2016-11-09 周虎 一种新型碳膜及其生产方法与生产设备
CN106498344A (zh) * 2016-10-14 2017-03-15 中国科学院兰州化学物理研究所 一种弹性润滑纳米碳环/无定型碳复合薄膜的制备方法
CN109468612A (zh) * 2019-01-07 2019-03-15 中国科学院兰州化学物理研究所 机械增韧碳基固体润滑薄膜及其制备方法和应用

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4901367B2 (ja) * 2006-08-24 2012-03-21 トヨタ自動車株式会社 ガスバリヤ構造およびその作製方法
FR2952631B1 (fr) * 2009-11-13 2012-01-13 Commissariat Energie Atomique Procede d'elaboration de nanotubes de carbone sur un substrat
JP7181806B2 (ja) * 2018-02-16 2022-12-01 大同メタル工業株式会社 摺動部材

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2717856B2 (ja) * 1989-07-13 1998-02-25 ティーディーケイ株式会社 ダイヤモンド様薄膜の製造方法及び装置
JPH0392205A (ja) * 1989-09-04 1991-04-17 Nippon Steel Corp 耐欠損性に優れる表面被覆サーメット切削工具
JP3416967B2 (ja) * 1992-12-10 2003-06-16 日本精工株式会社 人工ダイヤモンド被覆膜及びその形成方法
EP0821077A3 (en) * 1996-06-27 2000-09-06 Nissin Electric Co., Ltd. Object coated with carbon film and method of manufacturing the same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106082164A (zh) * 2016-06-09 2016-11-09 周虎 一种新型碳膜及其生产方法与生产设备
CN106082164B (zh) * 2016-06-09 2018-03-27 周虎 一种碳膜及其生产方法与生产设备
CN106498344A (zh) * 2016-10-14 2017-03-15 中国科学院兰州化学物理研究所 一种弹性润滑纳米碳环/无定型碳复合薄膜的制备方法
CN106498344B (zh) * 2016-10-14 2018-09-25 中国科学院兰州化学物理研究所 一种弹性润滑纳米碳环/无定型碳复合薄膜的制备方法
CN109468612A (zh) * 2019-01-07 2019-03-15 中国科学院兰州化学物理研究所 机械增韧碳基固体润滑薄膜及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
JP3985444B2 (ja) 2007-10-03
CN1174116C (zh) 2004-11-03
EP1199379A1 (en) 2002-04-24
JP2002121669A (ja) 2002-04-26
US20020064658A1 (en) 2002-05-30
US6656592B2 (en) 2003-12-02
EP1199379B1 (en) 2010-04-28
HK1047605B (zh) 2005-05-20
DE60141939D1 (de) 2010-06-10
HK1047605A1 (en) 2003-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1198889C (zh) 抗局部放电的导线涂料组合物和抗局部放电的磁导线
EP1302560B1 (en) Silicon oxide membrane
CN101528976B (zh) 乙烯-四氟乙烯类共聚物成形品及其制造方法
CN1255573C (zh) 低介电常数材料以及通过cvd的加工方法
CN1034180C (zh) 含有锡化合物的组合物
CN1297397C (zh) 蒸镀膜
CN1174116C (zh) 碳膜及其形成方法
CN100345908C (zh) 粒状有机聚硅氧烷材料
CN86102709A (zh) 聚丙烯基质树脂的配方
CN1969000A (zh) 含炭黑的导电聚醚酯组合物及其制品
CN101044255A (zh) 薄膜的制造方法和薄膜
CN1419582A (zh) 在聚(对苯二甲酸乙二醇酯)预成型品和瓶子之间摩擦效果的降低
CN1923900A (zh) 加热固化性低比重液态硅橡胶组合物与低比重硅橡胶成型物
CN1916238A (zh) 金属镀层
CN1360559A (zh) 具有低介电常数的多孔硅石涂层、半导体设备和涂料组合物
CN1352666A (zh) 抗粘连组合物和制备方法
CN1507015A (zh) 低介电常数材料以及化学气相沉积（cvd）制备方法
CN1412148A (zh) 透明氧化铝陶瓷制品及其制造方法
CN1922338A (zh) 碳系薄膜及其制造方法、以及使用该薄膜的构件
US11795277B2 (en) Polyolefin-based polymer nanocomposite containing zinc oxide particles and method of producing same
JP2009038088A (ja) 高誘電性フィルム
CN1133690C (zh) 以聚对苯二甲酸－c2-6亚烃酯为基础的模塑组合物
CN1382185A (zh) 有水分存在时室温硫化成不泛黄弹性体的单组分聚有机硅氧烷组合物
CN1795289A (zh) 使用等离子cvd法形成的化学蒸镀膜及其形成方法
CN1320047C (zh) 超低硬高弹不处理胶管及生产方法

Legal Events

Date Code Title Description
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C06 Publication
PB01 Publication
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20041103

Termination date: 20111017