什么是DLC镜片镀膜？它有哪些特征与应用？

在现代光学技术中，镀膜是提升镜片性能的关键工艺之一，常见的镀膜包括抗反射（AR）镀膜、防水镀膜、增透镀膜等。然而，在特殊应用领域（如红外光学、军工、医疗设备等），传统镀膜可能无法满足高耐磨、高透光的需求，尤其在一些特殊户外环境的一些光学产品，表面钢化则需要一种更加实用的镀膜方式，这时，DLC（Diamond-Like Carbon，类金刚石碳）镀膜便成为了一种理想选择。

1. 什么是DLC镀膜？

DLC（Diamond-Like Carbon，类金刚石碳）是一种非晶态碳材料，其结构介于石墨（软质碳）和金刚石（超硬碳）之间。我们都知道，碳元素因碳原子和碳原子之间的不同结合方式，从而使其最终产生不同的物质。金刚石（diamond）—碳碳以 sp3键的形式结合；石墨（graphite）—碳碳以sp2键的形式结合；而类金刚石（DLC）—碳碳则是以sp3和 sp2键的形式结合，生成的无定形碳的一种亚稳定形态，它没有严格的定义，可以包括很宽性质范围的非晶碳，因此兼具了金刚石和石墨的优良特性；

因此，由类金刚石而来的DLC膜同样是一种亚稳态长程无序的非晶材料，碳原子间的键合方式是共价键，主要包含sp2和sp3两种杂化键，而在含氢的DLC膜中还存在一定数量的C-H键。它既具备类似金刚石的高硬度、高耐磨性，又拥有良好的光学透过率和化学稳定性。

DLC镀膜的主要特性

特性 /说明

高硬度 /硬度可达20-80 GPa（接近天然钻石），抗刮擦能力极强

低摩擦系数 /表面光滑，摩擦系数低（0.1-0.2），适合运动部件

化学惰性 /耐酸、碱、盐腐蚀，适用于恶劣环境

红外高透过率 /在8-14μm波段仍能保持高透光率（如88%以上）

生物相容性 /可用于医疗设备，如内窥镜、手术器械

2. DLC镀膜在光学镜片中的应用

DLC镀膜通常用于需要高耐久性+高透光率的光学镜片，例如：

红外热成像镜头（8-14μm波段）

激光光学系统（如CO₂激光镜片）

军用/航空光学设备（需抗沙尘、抗冲击）

医疗内窥镜（耐磨+生物相容性）

DLC镀膜 vs. 传统镀膜

镀膜类型 /优点 /缺点

AR镀膜（抗反射）/ 提高透光率 /耐磨性一般

MgF₂镀膜（氟化镁）/成本低，抗反射 /硬度较低

金属镀膜（如金、银）/高红外反射 /易氧化，机械强度低

DLC镀膜 /高硬度+高透光 /成本较高，需精密沉积工艺

3. 为什么DLC镀膜在8-14μm波段仍能保持高透过率？

在红外光学（如热成像、激光传输）中，8-14μm是一个重要波段，但许多材料在此波段吸收较强，DLC镀膜能保持高透过率的关键在于具备低吸收率（DLC的碳键结构使其在中远红外波段吸收极低）、可调控折射率（通过调整沉积工艺（如PECVD），可使DLC的折射率匹配基底材料，减少反射损失）以及超薄均匀性（DLC镀膜通常仅几百纳米厚，不会明显影响红外光的穿透）。

典型数据：

单层DLC镀膜在8-14μm波段透过率可达 88%以上

结合AR镀膜（如一面AR+一面DLC），透过率可进一步提升至 90%+

4. DLC镀膜的制备工艺

DLC镀膜通常采用物理气相沉积（PVD）或等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术制备：

PVD（磁控溅射、电弧离子镀）：适合高硬度DLC，但可能影响光学均匀性。

PECVD（等离子体增强化学气相沉积）：可制备更均匀的DLC膜层，适合光学应用。

关键参数：

沉积温度（通常<200℃以避免损伤光学基底）

气体比例（如甲烷+氩气混合）

偏压电压（影响膜层致密度）

5. 未来发展趋势

DLC镀膜仍在不断优化，未来可能的发展方向包括：

掺杂DLC（如Si-DLC、F-DLC）以提升特定波段的性能

纳米复合DLC（结合其他材料，如氮化硅）以增强机械性能

超低应力DLC（避免膜层开裂，提高耐久性）

DLC镀膜凭借其超高硬度、优异的红外透过率和化学稳定性，成为高端光学镜片的理想选择。特别是在8-14μm红外波段，它能够与AR镀膜协同工作，实现>88%的高透过率+超强耐磨性，适用于军工、医疗、激光等严苛环境，随着镀膜技术的进步，DLC有望在更多光学领域替代传统镀膜，成为下一代高性能光学器件的关键材料。