DLC 是什麼？——碳的另一種秩序

日勝DLC Coating

DLC，意指「類鑽碳」膜層，它的本質是一種非晶質碳（a-C）結構，由 sp² 與 sp³ 鍵結混合組成。sp³ 鍵賦予它接近鑽石的高硬度與耐磨性，而 sp² 鍵則提供潤滑性與導電特質。兩者交織，使 DLC 同時兼具「硬」與「滑」兩種看似矛盾的特性^[2]。

日勝在真空電鍍製程中採用離子源強化的 PVD 技術，讓碳原子以高能離子狀態沉積於基材表面，形成緻密膜層。這樣的製程與一般金屬鍍層不同，它幾乎不需要液態化學藥劑，也不會產生廢液污染——這正是 DLC 成為新一代「環保型塗層」的原因之一（參考真空電鍍相較水電鍍優勢）。

硬度與摩擦的臨界值

在材料科學中，硬度與摩擦往往是一對敵人——越硬的材料通常越難滑動。但 DLC 打破了這個平衡。

依據 Surface & Coatings Technology 的研究，DLC 的硬度可達 2000HV–3800HV，摩擦係數卻僅 0.15–0.25^[2]。這意味著在極低的摩擦力下，DLC 仍能保持超高耐磨性。實際應用中，一支經 DLC 處理的醫療手術刀，可在 3,000 次切割後仍保持銳利；一組鐘錶齒輪，運轉數千小時後依舊光滑無痕。

這並非誇飾，而是物理結構的必然結果——sp³ 鍵提供堅硬支撐，sp² 鍵則如同天然潤滑劑。兩者的比例若控制得宜，摩擦係數即可降至金屬膜層的一半以下。

在日勝的 PVD 製程中，這樣的比例控制是透過「靶材能量密度」與「電漿偏壓」微調完成的。每一爐的電弧穩定度、真空度與氣體比例（Ar/N₂/C₂H₂），都會直接影響碳鍵分佈。這也是為何即使都是 DLC，不同製造商之間，仍會有顏色、光澤與潤滑性的差異。

DLC 的耐蝕性與附著力

DLC 的另一項特性，是極高的化學惰性。由於沉積過程發生在高真空、低氧環境中，膜層幾乎不與外界元素反應，因此不易氧化。即使暴露於鹽霧、高溫或酸性環境中，表面仍能維持穩定結構。

此外，DLC 膜層的附著力並非單靠物理吸附，而是透過「中介層」與基材形成化學鍵結。日勝在製程中常採用 Ti 或 Cr 打底層，藉此改善碳原子與金屬表面的能帶匹配，避免鍍膜剝落。這使得 DLC 不僅適合平面零件，也能在曲面、刃口、內孔等複雜結構上保持穩定附著。

在實際應用上，DLC 的化學惰性也延長了產品壽命——特別是精密模具、汽機車零件與醫療器械這些需要長期抗腐蝕的領域。

導電與抗靜電版本：ESD-DLC

一般 DLC 屬於絕緣膜，但在電子產業中，過度絕緣反而可能造成靜電累積。因此，日勝開發了 ESD-DLC（Electrostatic Dissipative DLC） 技術，透過調整碳鍵結構與摻雜元素，使膜層表面電阻控制於 10⁶–10⁸Ω 範圍^[1]。

這項改良讓 DLC 不僅能抗磨抗蝕，也能釋放靜電荷，特別適合電子組件、醫療探針與半導體零件應用。若想了解更多，請參考ESD-DLC 類鑽碳塗層技術，了解日勝如何結合導電材料與碳膜結構，在不犧牲硬度的前提下達到靜電平衡。

製程控制與可預測的穩定性

DLC 的表面性質雖強，但要達成穩定量產卻極具挑戰。碳的沉積速率、靶材能量與基材溫度，任何一項波動，都可能導致膜層結構由 sp³ 轉為 sp²，進而改變光澤與硬度。

日勝的工程團隊在多年生產經驗中，建立了「五階製程監控」：

• 基準片制度：每爐均製作比對片，確保膜層顏色與硬度在容許範圍內。
• SPC 統計監控：追蹤真空壓力、電流與氣體流量趨勢，提前預測異常。
• 表面能測試：以接觸角分析 DLC 膜層潤滑性變化。
• 膜厚與附著力測試：依 ASTM D3359 與 ISO 26443 標準執行。
• 摩擦與耐蝕實測：模擬實際運作環境，驗證使用壽命。

這些控制不只是為了「好看」，而是確保每批 DLC 鍍層能被再現。因為在 OEM 客戶的要求中，「同樣的黑」往往比「更黑」更難。

DLC 與其他膜層的比較

下表為 DLC、TiN、CrN 與 ESD-DLC 四者的性能對照，可幫助理解為何 DLC 被視為「高端功能膜層」代表：

從表格中可看出，DLC 的優勢不僅在硬度，更在於其摩擦係數的穩定度。
對比 TiN 或 CrN，在高溫與長時間摩擦後容易氧化或變色，而 DLC 仍能維持原始光澤。
這也是為何高端鐘錶品牌、汽車零件供應商，以及精密醫療器械製造商，越來越多改用 DLC 作為表面防護層。

應用延伸與實際案例

在日勝的製程中，DLC 已不再僅屬於「刀具」領域。以下幾個應用方向，展示了它在不同產業的價值：

• 鐘錶與飾品：提供深黑消光質感，且不易刮傷。
• 醫療手術器械：降低摩擦、避免生物附著。
• 汽機車零件：減少引擎摩耗、提升效率。
• 電子組件：以 ESD-DLC 改善導電與靜電釋放性能。
• 高端模具與治具：提升脫模順暢度、延長壽命。

這些應用背後的關鍵在於：DLC 不是裝飾層，而是功能層。
當設計師在選擇鍍膜顏色時，不只是考慮外觀，更是在權衡「膜層的物理意圖」——這就是表面工程的價值所在。

品質驗證與測試

所有 DLC 膜層出貨前，日勝均會執行完整檢測，包括：

• 膜厚（nm 級精度）
• 附著力（Cross Hatch、Scratch Test）
• 耐蝕性（鹽霧測試）
• 摩擦係數（Pin-on-Disc）
• 表面粗糙度（Ra、Rz）

這些測項與 ASTM D1729 / ISO 2813 標準一致，確保客戶在每一次批次中得到相同結果。若想更深入了解各項檢測的意義，可參考電鍍膜層會做什麼測試，了解這些數據如何轉化為實際品質的證據。

從技術到信任——DLC 的品牌價值

在表面工程領域，技術門檻不在於設備，而在於穩定重現的能力。DLC 雖然難製造、成本高，但能穩定量產、維持批次一致，才是真正的實力。

日勝透過多年 PVD 製程經驗，讓 DLC 不僅是一種膜層，更是一種信任。每一次黑色的光澤，都是設備校準、材料選擇與工程控制共同的結果。我們相信，表面處理的價值不只是保護，更是品牌信賴的延伸。

FAQ

參考資料

[1] ESD-DLC介紹（2025）。

[2] Surface & Coatings Technology (2019). DLC 膜層摩擦與硬度特性研究。