液相电化学法在不锈钢上沉积类金刚石薄膜

采用直流脉冲电源,以甲醇有机溶液作为碳源,通过电化学沉积法在不锈钢表面制备了类金刚石碳(DLC)薄膜.用扫描电镜和拉曼光谱分析了薄膜的形貌和结构,用MTS纳米压痕仪测试DLC薄膜的硬度和Young's模量,在CERT微摩擦系统上测试了薄膜的摩擦学性能.结果表明:电化学沉积含氢类金刚石碳薄膜的硬度较高(约7GPa),薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;拉曼光谱在1332.51 cm-1处出现金刚石的特征峰;在室温干摩擦条件下,薄膜同WC钢球对摩时的摩擦系数随载荷增加而略微减小,抗磨性能则随着载荷的增加而变差,对摩时发生转移并形成转移膜,耐磨寿命缩短.     

不同高浓度气体对金刚石薄膜制备的影响

采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,分别制备了CH4/H2体系、CH4/H2/N2体系以及CH4/H2/Ar体系金刚石薄膜。主要采用了扫描电子显微镜(SEM)、激光拉曼光谱(Raman)和X射线衍射光谱(XRD)等方法对不同体系中制备的金刚石薄膜的晶粒尺寸及其品质进行了分析,研究了不同高浓度气体对金刚石薄膜的影响。结果显示:利用高浓度的甲烷可以在很大程度上细化晶粒,制备出纳米晶金刚石薄膜,但是薄膜的非晶相较多,品质下降;加入70%N2,薄膜中的金刚石晶粒生长速度较慢,但可制备出均匀的纳米晶金刚石薄膜;70%的Ar气氛中,金刚石晶粒生长较快,制得的薄膜中的金刚石晶粒是微米级别的。     

SiC基底HFCVD金刚石薄膜摩擦磨损性能

利用热丝化学气相沉积技术在碳化硅基底上制备微米金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜和金刚石–石墨复合薄膜,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜和拉曼光谱仪对不同金刚石薄膜的表面形貌和微观结构进行表征,通过摩擦磨损实验测试金刚石薄膜的摩擦系数并计算其磨损率,对比研究不同种类金刚石薄膜的摩擦磨损性能。结果表明:金刚石–石墨复合薄膜具有较好的摩擦磨损性能,薄膜表面粗糙度为53.8 nm,摩擦系数为0.040,和纳米金刚石薄膜（0.037）相当;金刚石–石墨复合薄膜的磨损率最低,为2.07×10?7 mm3·N?1·m?1。在相同实验条件下,同碳化硅基底的磨损率（9.89×10?5 mm3·N?1·m?1）和摩擦系数（0.580）相比,所有金刚石薄膜的磨损率和摩擦系数均有明显提升,说明在SiC基体表面沉积金刚石薄膜能够显著提高碳化硅材料在摩擦学领域的使役性能。      

PECVD制备六方金刚石结构碳氢薄膜

利用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在单晶硅(100)表面上制备了一层含有六方金刚石结构的碳氢薄膜。采用透射电子显微镜和拉曼光谱仪对薄膜结构进行表征;并用Nano-indenterⅡ型纳米压痕仪和CSM—摩擦磨损试验机对薄膜的力学性能和摩擦学性能进行了测试。结果表明:该碳氢薄膜含有六方金刚石结构,另外还含有少量的纳米弯曲石墨片段;与制备的类金刚石碳氢薄膜相比,该薄膜具有较好的力学性能,同时该薄膜在空气环境下表现出了较好的摩擦学性能。     

纳米金刚石TiV色心的实验制备与性能研究

目的 利用磁控溅射辅助微波等离子体化学气相沉积技术制备钛掺杂纳米金刚石薄膜.方法 预先通过磁控溅射在石英玻璃基底上沉积纳米钛颗粒,然后使用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)设备在其表面沉积金刚石薄膜,通过活性氢原子将钛带入含碳生长基团中,从而将钛掺入纳米金刚石薄膜内.使用X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(Ram...     

高疏水及超黏着性石墨烯薄膜的制备及表征

石墨烯因其特殊的二维结构和优异的力热光电性能而备受关注,因此研究石墨烯薄膜的表面性能具有重要的意义。以天然鳞片石墨为前驱体,采用化学氧化还原工艺制备石墨烯纳米片,利用原子力显微镜、拉曼光谱和红外吸收光谱等测试手段对样品进行表征。采用真空抽滤和喷涂两种方法制备石墨烯薄膜,并用光学接触角测量仪对其表面性能进行测试。结果表明:石墨烯纳米片的厚度约为0.8nm,并且表面有C=O、C-O、O-H等基团和缺陷。真空抽滤制备的石墨烯薄膜具有微纳结构,表现为高疏水性;喷涂法制备的石墨烯薄膜结构较为平整,其疏水性受基底影响。两种方法制备的石墨烯薄膜皆具有高黏着性。石墨烯薄膜所具有的优异性能为其在微纳功能部件、微流输运等高新技术领域的应用奠定了基础。     

加工氧化锆陶瓷的金刚石涂层刀具的制备及切削试验研究

使用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在硬质合金片以及球头铣刀表面沉积了微米金刚石薄膜(MCD),纳米金刚石薄膜(NCD)以及微米纳米复合金刚石薄膜(MNCD),通过扫描电子显微镜和拉曼光谱对其进行表征,结果呈现出典型的金刚石薄膜的性质,沉积质量高。金刚石薄膜与氧化锆陶瓷的摩擦磨损实验表明:金刚石薄膜能有效地降低对磨时的摩擦系数以及磨损率。使用三种金刚石薄膜涂层铣刀对氧化锆陶瓷进行铣削加工试验,结果显示:金刚石涂层刀具磨损率大幅度降低,刀具寿命显著增强。     

以环戊二烯为碳源制备类富勒烯结构碳基薄膜的结构及力学性能

以环戊二烯为碳源,采用等离子体增强化学气相沉积法（PECVD）在Si单晶〈n100〉面上制备了类金刚石薄膜。采用FEI Tecnai F30型高分辨透射电镜（HRTEM）和LAMRAM HR 800型拉曼光谱仪对薄膜及磨屑的结构进行表征;利用MFTR4000摩擦磨损试验机、Hysitron Ti950型原位纳米力学测试系统考察薄膜的摩擦学及力学性能。结果表明： 所制备的金刚石薄膜具有富勒烯纳米团簇/非晶复合纳米结构,在磨屑中也出现了这种稳定的片层结构从而起到了良好的减摩作用;并且薄膜表现出优异的力学性能和摩擦学性能： 其硬度为26.8 GPa、弹性回复为85%、摩擦因数为0.01。由于这种特殊纳米结构的存在,使得薄膜的力学性能及摩擦学性能显著提高。     

氮掺杂纳米金刚石膜的结构和电学性能

目的研究不同氮气浓度对氮掺杂纳米金刚石薄膜结构和电学性能的影响。方法在N2-CH4-H2体系中,以单晶硅作为沉积基底,使用MPCVD法进行纳米金刚石膜的沉积。采用扫描电子显微镜对所沉积的纳米金刚石膜的表面形貌进行表征,采用拉曼光谱对纳米金刚石膜的质量进行表征,采用X射线衍射对纳米金刚石的N原子构型进行研究,采用电化学工作站对纳米金刚石膜表面电学性能进行表征。结果 N2浓度上升,线状纳米金刚石平均线长降低,在90%时转变为团聚状纳米金刚石晶粒。N2浓度上升,H2浓度下降,纳米金刚石膜的sp2键含量先上升后下降。随着氮气浓度的上升,纳米金刚石膜的晶粒尺寸先减小后增大,在85%时最小,为12.6 nm;表面电阻先下降后上升,在85%时最低,为9.2?。XPS高分辨率N1s结果表明,具有导电性能的吡啶氮和吡咯氮的含量随氮气浓度上升的变化趋势相反,但两者之和保持不变。结论纳米金刚石膜的电学性能主要受其平均晶粒尺寸的影响,晶粒尺寸降低,则晶界含量上升,电学性能上升;晶粒尺寸下降,则晶界含量下降,电学性能下降。     

钛合金表面大气压等离子体枪制备类金刚石薄膜

在大气下,采用大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体枪在低温下(350℃),以甲烷为单体,氩气为工作气体,在Ti6Al4V钛合金表面制备一层类金刚石薄膜(DLC),以期改善钛合金表面摩擦学性能。利用激光拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备DLC薄膜的结构;利用扫描电子显微镜(SEM)观察DLC薄膜的表面形貌;利用划痕仪测量了DLC薄膜与基体的结合力;利用球-盘摩擦磨损实验仪对DLC薄膜的耐磨性能进行了研究。结果表明:在本实验工艺条件下沉积的类金刚石薄膜厚度约为1.0μm,薄膜均匀且致密,表面粗糙度Ra为13.23nm。类金刚石薄膜与基体结合力的临界载荷达到31.0N。DLC薄膜具有优良的减摩性,Ti6Al4V表面沉积DLC薄膜后摩擦系数为0.15,较Ti6Al4V基体的摩擦系数0.50明显减小,耐磨性能得到提高。     

硬质合金成形铣刀的金刚石涂层热应力分析

针对B212型YG6硬质合金成形铣刀片,采用热丝化学气相沉积的方法,在其上沉积微米级金刚石薄膜。采用有限元分析的方法,研究成形铣刀片金刚石涂层的制备工艺,对热载荷作用下的金刚石薄膜和硬质合金基体间的热应力进行数值模拟计算,分析主要沉积工艺参数对金刚石涂层热应力的影响;采用扫描电镜、拉曼光谱及压痕实验等表征方法验证刀片不同部位金刚石薄膜的热应力特性。结果表明:较低的生长温度和较大的厚度有利于金刚石薄膜热应力的降低;在现有的制备条件下,保持沉积温度750℃基本恒定,沉积6 h后,薄膜厚度约为10μm,金刚石薄膜热应力较低,沉积质量较好,表现出良好的附着力,附着强度介于600 N和1000 N之间。     

膜厚对四面体非晶碳薄膜机械性能和拉曼表征的影响

采用过滤阴极真空电弧技术以相同的工艺条件在单晶硅衬底上制备了不同厚度的四面体非晶碳薄膜.利用表面轮廓仪测试薄膜的厚度和应力,利用纳米压入仪测试薄膜的硬度、弹性模量和临界刮擦载荷,利用可见光拉曼光谱表征薄膜的结构.试验结果表明:随着膜厚的增加,薄膜的应力持续降低,当膜厚超过30 nm时,应力低于5 GPa;当膜厚超过300nm时,硬度和弹性模量分别接近70 GPa和750 GPa,十分接近体金刚石的性能指标;随着膜厚的增加,可见光拉曼光谱中衬底硅的一阶和二阶谱峰强度逐渐降低,但非晶碳一阶谱峰的最大峰强、峰位和半高宽有特定的变化规律;峰位逐渐向低频偏移,在50～80 nm膜厚范围,半高宽最窄,峰强最高.     

沉积参数对硬质合金基体微/纳米金刚石薄膜生长的影响

基体温度、反应压力和碳源浓度等沉积参数决定热丝化学气相沉积金刚石薄膜的性能。运用正交试验方法,研究参数对硬质合金基体金刚石薄膜生长的综合作用。采用场发射扫描电镜（FE-SEM）、原子力显微镜（AFM）和拉曼（Raman）光谱检测薄膜的形貌结构、生长速率和成分。结果表明：随着基体温度的降低,金刚石形貌从锥形结构向团簇状结构转变;低反应压力有利于纳米金刚石薄膜的生成;生长速率受反应压力和碳源浓度综合作用的影响。     

纳米薄膜X射线吸收光谱的鉴定

采用X射线吸收光谱研究了热丝化学气相沉积(CVD)合成的纳米金刚石薄膜和脉冲激光沉积的纳米SiC薄膜.结果表明:纳米金刚石薄膜的碳K边X射线吸收精细结构光谱显示的激发峰相当于微米金刚石薄膜的蓝移,是量子效应的显著特征,证明制备的是纳米金刚石薄膜,与高分辨透射电镜的结果完全吻合;纳米SiC薄膜的硅K边X射线吸收精细结构光谱和扩展X射线吸收精细结构光谱也显示了纳米薄膜短程有序的结构特征,表明获得的是纳米SiC薄膜.     

H_2/CH_4流量比对含氢DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

利用等离子体增强化学气相沉积法在Si(100)基体上制备不同H2/CH4流量比下的类金刚石薄膜,采用拉曼光谱、红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、纳米力学性能综合测试仪以及摩擦磨损试验机对薄膜的组织结构、力学以及摩擦学性能进行了分析。结果表明:该条件下制备的薄膜具有典型的类金刚石结构且膜中氢含量较高,薄膜表面光滑,膜层致密且均匀,薄膜的硬度及与基底的附着力均随着H2/CH4流量比的增加而降低。薄膜在大气环境下具有优异的摩擦学性能,在相同的载荷及转速条件下,H2/CH4流量比对薄膜的摩擦因数影响不大。当载荷为5N时,随着转速的增加,摩擦因数降低;而载荷为10N时,摩擦因数约为0.05,转速对其影响较小。薄膜的磨损率在10-8~10-7 mm3/Nm之间变化,且随H2/CH4流量比的增加而增大。     

掺Ag含量对金刚石薄膜场发射性能的影响

采用电泳沉积的方法在钛基体上沉积了不同含量Ag纳米颗粒掺杂的金刚石复合薄膜,利用扫描电子显微镜、X射线衍射光谱和拉曼光谱对样品的结构和形貌进行表征,最后进行场发射特性的测试。SEM试验结果表明,制备得到的薄膜连续、致密且纳米颗粒均匀的分布在其中。场发射测试结果显示样品的场发射性能随着复合膜中Ag含量的增加呈现先增强后降低的趋势,在Ag纳米颗粒的掺杂含量为7.5 mg （0.18 g/L）时,复合膜的场发射性能最优。此时,开启电场（E₀）低至1.55 V/μm,在1.96 V/μm的电场强度下可以得到22.69 μA/cm²的场发射电流密度,这表明适量的Ag纳米颗粒掺杂可以显著提升样品场发射性能。同时,文中结合F-N理论进一步讨论了Ag纳米颗粒掺杂含量的变化对金刚石场膜发射性能影响的作用机理。     

实验参数对金刚石薄膜内应力的影响研究

采用热丝化学气相沉积法(HFCVD)在硬质合金基体上制备金刚石薄膜涂层,采用SEM观察金刚石薄膜形貌,采用Raman光谱法分析制备的金刚石薄膜与基体的内应力。变化丝基间距、偏流、碳浓度等参数,通过测定拉曼光谱单一谱峰的位移Δω计算涂层的内应力,从而得到制备内应力较小的金刚石膜的工艺参数范围。     

纳米金刚石薄膜的制备和应用

纳米金刚石薄膜的优异性能吸引了众多学者的关注，同时也成为CVD金刚石薄膜研究领域的新热点。文章对国内外的纳米金刚石膜制备的研究状况做了详细介绍，并对纳米金刚石薄膜的应用进行了讨论。     

含铁类金刚石薄膜的润湿性能和抗腐蚀行为

目的通过直流反应磁控溅射系统在304不锈钢基体上成功制备了含铁类金刚石薄膜,并研究该含铁类金刚石薄膜的润湿性及抗腐蚀行为。方法通过扫描电镜、拉曼光谱仪、原子力显微镜,分别对含铁类金刚石薄膜的结构和形貌进行分析,利用静态接触角测量分析了所制备薄膜的润湿性,且采用动电位极化对有无薄膜沉积的不锈钢体系进行了腐蚀行为测试。结果所制备薄膜具有典型的类金刚石的非晶结构。随着制备过程中甲烷流量的减小,薄膜中sp~3碳含量降低,薄膜致密度逐渐降低。随着甲烷流量的降低,薄膜表面的疏水性能逐渐减小,且自腐蚀电位向负向偏移,腐蚀电流密度逐渐增大。结论含铁类金刚石薄膜能明显提高不锈钢表面的疏水性能和抗腐蚀性能。     

偏压类型对磁过滤等离子体制备优质类金刚石膜的影响

采用自行研制的磁过滤等离子体装置在单晶Si基底上制备了优质类金刚石(DLC)薄膜.运用红外光谱(IR)、扫描电镜(SEM),原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪对样品进行了表征和分析,着重研究了衬底偏压类型对制备薄膜的影响.结果表明:在无偏压或周期性负偏压下制备的DLC薄膜的sp3含量比连续负偏压下制备的薄膜的sp3含量要高;同时在周期性偏压下制备的薄膜表面较光滑,其表面粗糙度仅为0.1 nm,sp3含量达到66.8%,相应的纳米硬度也较高(达到80GPa).同时对相应的成膜机理进行了讨论.