硬度低、耐磨性能差等固有缺點已成為限制聚合物材料在一些苛刻環(huán)境中工業(yè)應用的重要因素。為了改善表面硬度和耐磨性能,多種表面改性技術被用于聚合物材料的耐磨防護,其中在聚合物材料表面制備一層非晶碳薄膜被認為可有效提高材料表面硬度和耐磨性能。綜述了聚合物材料表面耐磨性能提升用非晶碳基薄膜的研究進展,分析了非晶碳基薄膜在聚合物材料表面膜基結合強度不足的本質原因,聚合物材料與非晶碳薄膜兩種材料在結構和性質上的不匹配使兩者之間的突變界面在載荷作用下極易發(fā)生失穩(wěn),造成了膜基結合強度的不足。探討和對比了目前常用于改善非晶碳基薄膜在聚合物材料表面膜基結合強度的改性技術。其中,利用等離子體對聚合物材料表面進行處理,可以誘導材料表面有機碳質結構向無機碳質結構的逐漸轉變,使非晶碳薄膜在聚合物材料表面獲得可靠結合強度。利用等離子體處理法可以在聚合物基體表面構建原位轉變層,原位轉變層通過化學鍵的形式,為非晶碳薄膜在基體表面獲得了可靠的膜基結合強度,有效提高了聚合物材料表面的硬度和減摩耐磨性能。

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圖4等離子體誘導聚合物材料表面原位生長非晶碳薄膜[52]

圖3利用離子輻射法誘導聚合物結構轉變制備碳基薄膜的示意圖[51]3結語與展望

圖1HNBR基體表面磨痕形貌和沉積DLC薄膜的樣品拉伸50%、卸載后的表面形貌圖[45-46]

近年來，有研究者發(fā)現(xiàn)通過氬等離子體和氫等離子體先后對表面進行預處理，可在橡膠材料表面實現(xiàn)非晶碳薄膜生長，并獲得優(yōu)異的結合強度。Pei等[45-46]以氫化丁腈橡膠為聚合物基體材料，先用氬等離子體處理基體表面，然后通入氫氣作為活性等離子體源對基體表面進行處理，再采用等離子體輔助化學....

圖2PET基體表面沉積類金剛石碳薄膜的結構轉變[50]

此外，有研究報道，可以采用離子輻射的方式，誘使聚合物材料表面或近表面高分子鏈結構重組，逐漸轉變?yōu)榉蔷假|結構。Buchegger等[51]首先采用溶膠-凝膠法在硅片表面浸涂沉積一層厚度約為126nm的聚合物（聚乙烯吡咯烷酮，PVP）薄膜，然后采用離子輻射法對聚合物薄膜表面進行高....

圖3利用離子輻射法誘導聚合物結構轉變制備碳基薄膜的示意圖[51]

甚至有研究表明，采用等離子體處理法可誘導聚合物表面有機碳質結構向無機碳質結構的逐漸轉變，實現(xiàn)非晶碳基薄膜在聚合物材料表面的原位生長，有效提高非晶碳基薄膜在聚合物材料表面的膜基結合強度。中科院寧波材料所王永欣研究員團隊[52]提出“等離子體誘導原位生長法”，在聚合物表面制備非晶碳耐....

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