氮流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响

目的 研究磁控溅射过程氮气(N2)流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响,为设计新型结构hBN薄膜提供新思路。方法 利用中频电源磁控溅射硼靶,调节不同N2流量(6、12、18、24、30、36 mL/min),沉积4 h后得到hBN薄膜,使用表征工具分析N2流量对hBN薄膜的组成、微观结构、表面形貌以及力学性能的影响。最后使用透射电子显微镜和选区电子衍射对所制备薄膜的纳米晶粒尺寸和晶体点阵结构进行分析。结果 XRD结果显示,薄膜物相主要为hBN。XPS结果说明,所制备薄膜为富硼hBN薄膜。薄膜的硬度和弹性模量随N2引入量的增加呈现先下降、后上升的趋势,最大硬度可达7.21 GPa,对应弹性模量为116.78 GPa。薄膜最低的硬度值为1.2 GPa,弹性模量为32.68 GPa。薄膜弹性破坏应变(H/E^*)和塑性变形抗力(H³/E^*2)随N2引入量的增加也呈现先上升、后下降的趋势,硬度最高薄膜对应的H/E^*值为6.414 ´ 10^–2,H³/E^*2值为29.27 ´ 10^–3 GPa,最低硬度值对应的H/E^*值为3.819 ´ 10^–2,H³/E^*2值为1.77 ´ 10^–3 GPa。透射结果显示,当N2引入量从6 mL/min逐渐增加到36 mL/min时,薄膜微观结构由结晶较差的卷曲结构过渡到局部纳米晶结构,最后形成结晶性较好的卷曲结构,并再次证明所制备薄膜为hBN。结论 在中频磁控溅射沉积hBN薄膜时,通过调整N2流量可以有效调节薄膜的特殊组成,使结构发生转变,进而影响薄膜的力学性能。     

橡胶表面碳基薄膜耐磨改性研究进展

橡胶具有良好的压缩性和回弹性及良好的气密性、耐溶剂性等性能,是航空航天、石油化工、汽车工业等领域必不可少的密封材料。然而,实际服役中其因摩擦因数极高(≥1)而易磨损失效,进而引发密封介质泄漏,严重影响设备安全性及服役寿命。类金刚石碳基薄膜由于其高硬度、化学惰性、低摩擦磨损特性等被认为是最有前景的橡胶表面耐磨改性涂层。一方面,通过调整薄膜沉积参数可以控制薄膜灵活度和沉积温度,足够的灵活度要求薄膜能够适应橡胶软基底形变而不会发生崩落,而低的沉积温度可以避免降解或破坏橡胶基底;另一方面,碳基薄膜的化学成分(主要包括碳和氢)与橡胶展现出极好的相容性,可以确保其良好的结合强度。综述了近20年来橡胶表面碳基薄膜耐磨改性研究的重要结果和最新进展,总结了目前研究中尚未解决的问题及未来的研究方向。