thumb|Una película delgada de ta-C sobre silicio (15 mm de diámetro) que presenta regiones de 40 nm y 80 nm de espesor thumb|Parte de una válvula de aleación de cobalto de un pozo productor de petróleo (30 mm de diámetro), recubierto en el lado derecho con ta-C, con el fin de comprobar el aumento de la resistencia a la degradación química y por abrasión en condiciones de trabajo thumb|Domo recubierto con DLC para fines ópticos y tribológicos
La expresión carbono como diamante (DLC, siglas del término inglés diamond-like carbon) denota siete formas diferentesName Index of Carbon Coatings de materiales de carbono amorfo, que muestran algunas de las propiedades típicas del diamante. Se aplican generalmente como recubrimientos a otros materiales que pueden beneficiarse de algunas de estas propiedades. Los siete contienen cantidades significativas de átomos de carbono hibridados en la forma sp3. La razón por la que hay diferentes tipos es que incluso en el diamante se pueden encontrar dos politipos cristalinas. El habitual tiene sus átomos de carbono dispuestos en una red cúbica, mientras que la muy infrecuente forma alótropa, la lonsdaleíta, posee una estructura hexagonal. Mediante la mezcla de diversas maneras de estos politipos a nivel de nanoescala de la estructura, los recubrimientos de DLC se puede hacer que a la vez sean amorfos, flexibles y, sin embargo, con la dureza de un "diamante" puro con orbitales sp3. El más duro, más fuerte, y de menor rozamiento es una mezcla de este tipo, conocida como carbono amorfo tetraédrico, o ta-C.
El DLC existe en siete formas diferentes. Las siete contienen cantidades significativas de átomos de carbono con enlaces hibridados sp3. La razón de que existan diferentes tipos es que incluso el diamante puede encontrarse en dos politipos cristalinos. El más común se ordena según una retícula cúbica, mientras que la lonsdaleíta, un material menos común, presenta una retícula hexagonal. Al mezclar estos politipos a nanoescala, se pueden crear recubrimientos de DLC que, al mismo tiempo, son amorfos, flexibles y, sin embargo, diamantes puros con enlaces sp3. El más duro, resistente y de menor rozamiento es el carbono amorfo tetraédrico (ta-C). El ta-C puede considerarse la forma pura del DLC, ya que consiste casi en su totalidad en átomos de carbono con enlaces sp3. Otros materiales, en particular el carbono hidrogenado y el carbono grafítico sp2, están presentes en las otras 6 formas, generalmente como resultado del proceso de producción específico. Las diversas formas también pueden doparse con elementos como el silicio para conferirles otras propiedades deseables.
Las diversas formas de DLC se pueden aplicar a casi cualquier material que sea compatible con un entorno de vacío.
Historia En 2006, el mercado de los recubrimientos de DLC tercerizados se estimó en alrededor de 30 millones de euros en la Unión Europea.
En octubre de 2011, investigadores de la Universidad de Stanford anunciaron la obtención de un diamante amorfo superduro en condiciones de ultra alta presión. Este diamante carece de la estructura cristalina del diamante, pero posee la ligereza característica del carbono.Yu Lin, Li Zhang, Ho-kwang Mao, Paul Chow, Yuming Xiao, Maria Baldini, Jinfu Shu, and Wendy L. Mao. Amorphous diamond: A high-pressure superhard carbon allotrope. Physical Review Letters, 2011
En 2021, investigadores chinos anunciaron haber sintetizado el AM-III, una forma superdura de fullereno basada en carbono amorfo. También es un semiconductor con un rango de banda prohibida de 1,5 a 2,2 eV. El material demostró una dureza de 113 GPa en una prueba de dureza Vickers frente a diamantes a un rango de entre 70 y 100 GPa. Era lo suficientemente duro como para rayar la superficie de un diamante.
Distinción entre diamante natural y sintético Los diamantes de origen natural se encuentra casi siempre en forma cristalina con una orientación cúbica pura de átomos de carbono unidos por enlaces sp3. A veces existen defectos en la red o inclusiones de átomos de otros elementos que dan color a la piedra, pero la disposición de la red de los carbonos sigue siendo cúbica y el enlace es puramente sp3. La energía interna del politipo cúbico es ligeramente inferior a la de la forma hexagonal, y las tasas de crecimiento a partir de material fundido tanto en los diamantes naturales como en los métodos de producción masiva de diamantes sintéticos son lo suficientemente lentas como para que la estructura de la red tenga tiempo de crecer en la forma de energía más baja (cúbica) que es posible para el enlace sp3 de los átomos de carbono. En contraste, el DLC se produce típicamente mediante procesos en los que los carbonos precursores de alta energía (por ejemplo, en plasmas, en deposición mediante arco catódico filtrado, en deposición por pulverización catódica o en la deposición por haz de iones) se enfrían o templan rápidamente en superficies relativamente frías. En esos casos, las redes cúbicas y hexagonales pueden mezclarse aleatoriamente, capa por capa atómica, porque no hay tiempo disponible para que una de las geometrías cristalinas crezca a expensas de la otra antes de que los átomos queden "congelados" en su lugar en el material. Los recubrimientos de DLC amorfo pueden dar como resultado materiales que no tienen orden cristalino de largo alcance, evitándose planos de fractura frágil, por lo que dichos recubrimientos son flexibles y se adaptan a la forma subyacente que se está recubriendo, a la vez que son tan duros como el diamante. De hecho, esta propiedad se ha aprovechado para estudiar el desgaste átomo por átomo a nanoescala en DLC.
Producción thumb|right|Imagen tomada con un microscopio electrónico de barrido de una réplica recubierta de oro de un recubrimiento de ta-C con apariencia de diamante. Los elementos estructurales no son cristalitos, sino nódulos de átomos de carbono unidos mediante enlaces sp3. Los granos son tan pequeños que la superficie parece lisa como un espejo
Existen varios métodos para producir DLC, que se basan en la menor densidad del carbono sp2 en comparación con el carbono sp3. Por lo tanto, la aplicación de presión, impacto, catálisis o alguna combinación de estos procedimientos a escala atómica puede forzar a los átomos de carbono unidos mediante enlaces sp2 a acercarse entre sí, formando enlaces sp3. Esto debe realizarse con la suficiente intensidad como para que los átomos no puedan separarse simplemente hasta alcanzar las separaciones características de los enlaces sp2. Generalmente, las técnicas combinan dicha compresión con el empuje del nuevo cúmulo de carbono unido mediante enlaces sp3 hacia el interior del recubrimiento, de modo que no haya espacio para la expansión hasta las separaciones necesarias para la formación de enlaces sp2; o bien, el nuevo cúmulo queda sepultado por la llegada de nuevo carbono destinado al siguiente ciclo de impactos. Es razonable imaginar el proceso como una "lluvia" de proyectiles que producen versiones localizadas y más rápidamente a nanoscala de las combinaciones clásicas de calor y presión que producen diamantes naturales y sintéticos. Debido a que ocurren independientemente en muchos lugares en la superficie de una película o recubrimiento en crecimiento, tienden a producir un análogo del pavimento de una calle, con los adoquines siendo nódulos o cúmulos de carbono enlazado sp3. Dependiendo de la "receta" particular que se utilice, hay ciclos de deposición de carbono e impacto o proporciones continuas de nuevo carbono que llega y proyectiles que transmiten los impactos necesarios para forzar la formación de los enlaces sp3. Como resultado, el ta-C puede tener la estructura de una calle de adoquines, o los nódulos pueden fundirse juntos para hacer algo más parecido a una esponja o los adoquines pueden ser tan pequeños que son casi invisibles en la imagen. En la figura se muestra una morfología media típica de una película de ta-C.
El carbono tipo diamante también se puede obtener a partir del polímero precerámico poli(hidridocarbino) mediante pirólisis a presión atmosférica o mediante métodos de deposición física de vapor. El poli(hidridocarbino) se puede sintetizar a partir de haloformas de diversas maneras, incluyendo la reducción de bromoformo con NaK, o la polimerización electroiniciada de cloroformo, con rendimientos del 46-85% y del 30-40%, respectivamente. El método de polimerización electroiniciada también se puede generalizar para otros policarbinos.
Propiedades Como su nombre indica, el valor de estos recubrimientos de carbono tipo diamante (DLC, por sus siglas en inglés) reside en su capacidad para proporcionar algunas de las propiedades del diamante a superficies de casi cualquier material. Las principales cualidades deseables son la dureza, la resistencia al desgaste y la lubricidad (la fricción de una película de DLC frente al acero pulido varía de 0,05 a 0,20).
Las propiedades del DLC dependen en gran medida de los parámetros de deposición utilizados en el procesamiento del plasma, como el efecto de la corriente de polarización, DLC coating thickness,Effect of Diamond like Carbon Coating Thickness on Stainless Steel Substrate by Abdul Wasy Zia et al, el espesor de la capa intermedia, (Enlace roto: mes de julio de 2019) u otros factores. Además, el tratamiento térmico también modifica las propiedades del recubrimiento, como la dureza, la tenacidad y la tasa de desgaste.
Sin embargo, las propiedades que se añaden a una superficie y en qué medida, dependen de cuál de las 7 formas se aplique, y además de las cantidades y tipos de diluyentes añadidos para reducir el coste de producción. En 2006, la Asociación de Ingenieros Alemanes, VDI, la mayor asociación de ingeniería de Europa Occidental, publicó un informe autorizado, VDI2840 para aclarar la multiplicidad existente de términos y nombres comerciales confusos. Proporciona una clasificación y nomenclatura únicas para el carbono tipo diamante (DLC) y las películas de diamante. Se logró reportar toda la información necesaria para identificar y comparar diferentes películas de DLC que se ofrecen en el mercado.
Citando ese documento:
Estos enlaces [sp3] pueden producirse no solo con cristales, es decir, en sólidos con orden de largo alcance, sino también en sólidos amorfos donde los átomos están en una disposición aleatoria. En este caso, habrá enlaces solo entre unos pocos átomos individuales y no en un orden de largo alcance que se extienda sobre un gran número de átomos. Los tipos de enlaces tienen una influencia considerable en las propiedades del material de las películas de carbono amorfo. Si el tipo sp2 es predominante, la película será más blanda; si el tipo sp3 es predominante, la película será más dura.