[发明专利]一种与基体表面具有垂直取向关系的碳涂层材料

说明书

本发明公开了一种新的碳涂层材料，该碳涂层材料具有以下特征：该碳涂层材料具有线性结构；该碳涂层与基体表面具有垂直取向关系；该碳涂层的俄歇电子的范围接近金刚石的俄歇光谱。该碳涂层材料具有以下优势：涂层具有的结构能够使涂层具有“记忆”和“管理”效果；涂层具有润滑剂环境分子在边界层内自组装的机理，具有结构自排效应；涂层具有更高的硬度、更高的耐磨性以及更低的摩擦系数。

技术领域

本发明涉及可应用于纳米技术、医疗设备、电子、机械工程等领域的碳材料。

背景技术

现代科学中最重要的任务之一是发明具有新特性的材料。以碳材料作为涂层材料，相关的研究报道如下：

以类金刚石材料作为碳涂层，是具金刚石特征的亚稳态非晶态薄膜(俄罗斯联邦专利N96110601)，其具有与金刚石相似的优异性能。

滚动轴承同时含有内外环和滚动体主体，其中类金刚石膜与金属混合的交替涂层已经应用在滚动体的运动轨道上(俄罗斯联邦的专利RUS 2000109596)。

俄罗斯联邦专利(RUS 2139456)提出了在摩擦副的摩擦元件摩擦表面形成减摩和抗磨涂层的制备方法。该方法是在摩擦副的摩擦元件摩擦表面涂一层二氧化硅的玻璃膜，该膜是从全氟多氧烷基碳酸的溶液中沉积出的一层“外延膜”。

美国专利(U.S. 6234679)中将涂层应用在滚动轴承的结构中，该专利中的涂层包含了碳氮层，衬底位于外层涂层和基底之间。美国专利(U.S. 6764714)中制备的涂层，虽然已有较高的硬度值和较低的摩擦系数，但仍需进一步提高硬度与摩擦性能来满足更苛刻的要求。

上述碳涂层由于缺乏高度定向的结构，因而仍不能满足相关领域对于涂层材料性能的要求。对于一些具有特定结构的碳材料的研究如下，俄罗斯联邦专利(RUS 2108288)提出了具有特定晶格参数的体心立方结构的碳的多晶化合物。另外， Levchenko(V.A.Levchenko, V.G. Babaev, M.B. Guseva, V.N. Matveenko. The carbon films as aunique orienter for epitropic liquid crystals. The 10th European Conferenceon Diamond, Diamond-Like Materials, Carbon Nanotubes, Nitrides & SiliconCarbide., 12-17 September 1999, Prague Hilton Atrium Czech Republic, page 62)提出了具有线性垂直取向的碳聚合物。但是，上述碳涂层仍在结构上存在着一定缺陷。

因而现有的碳涂层材料，存在着以下一些缺点：高耐磨性不够；缺乏高度定向的结构；作用效果不稳定；温度稳定性不足；低耐腐蚀性。

发明内容

本发明的目的是发明一种与基体表面具有垂直取向关系的碳涂层材料，其特征在于，所述碳涂层材料具有线性结构；该碳涂层与基体表面具有垂直取向关系；该碳涂层的俄歇电子的范围接近金刚石的俄歇光谱。

本发明提高碳涂层材料的硬度、耐磨性、摩擦性能主要通过以下方式实现：碳涂层材料中碳链与基体表面具有定向关系—垂直取向。

本发明可应用于机械制造类的环保材料，主要通过以下方式实现：涂层的碳链与基体表面垂直(线性的定向结构)。当在该涂层上涂上有机液体时，在涂层表面是吸附中心，吸附中心由杂质原子或原子群组成，(如氮原子、氢、氧、羟基等等)，或其他能影响涂层表面取向与液相的分子间相互作用力的物质。吸附中心与具有范德华力能量为0.9 - 8.2 kJ/mol的有机液体的表层相连接，该涂层与有机液体的表层有一定的相互作用而提高涂层的润滑性。当在发动机上制备有该碳涂层材料时，而可以在发动机使用环保的天然油来代替对环境有污染的有机油。