PECVD法沉积类金刚石膜的结构及其摩擦学性能

以C2H2为碳源,Ar气为辅助气体,利用射频等离子体化学气相沉积的方法在有机薄膜PET和载玻片上制备了类金刚石(diamond-like carbon,DLC)薄膜.通过红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)分析了所制备DLC薄膜的结构;利用原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的表面形貌;另外,还利用摩擦磨损仪对薄膜的机械性能进行了研究.实验得到:FTIR、Raman谱图分析发现碳氢膜主要由sp2和sp3杂化的碳氢化合物呈层状堆积而成,其组分与沉积参数密切相关;同时,sp2和sp3杂化比例影响所制备薄膜的致密性、均匀性和耐磨性能.     

类金刚石薄膜在不锈钢表面结合强度及耐腐蚀性研究

类金刚石(DLC)薄膜与不锈钢的结合强度是DLC薄膜应用于血管支架表面改性的关键技术问题.利用磁过滤阴极真空弧源沉积方法在316L不锈钢表面沉积DLC薄膜,研究沉积时基体偏压、薄膜厚度以及钛过渡层对DLC薄膜与基体结合强度的影响.研究结果表明,316L表面制备相同厚度的DLC薄膜,采用-1000V脉冲偏压制备的薄膜结合强度明显优于-80V直流偏压下制备的DLC薄膜;随着DLC薄膜厚度的增大,DLC薄膜与316L基体的结合力下降;316L不锈钢表面制备一层100nm的钛过渡层之后可以改善DLC薄膜的结合状况,并且经过20%的拉伸变形后,DLC薄膜完整,耐蚀性优于未表面处理的316L不锈钢.以上研究结果表明,磁过滤阴极真空弧源方法制备DLC薄膜与316L结合强度高,可以有效的提高316L的耐腐蚀性,是一种具有应用前景的血管支架表面改性方法.     

中频磁控溅射沉积DLC/TiAlN复合薄膜的结构与性能研究

采用中频非平衡磁控溅射沉积工艺,并施加霍尔离子源辅助沉积,在高速钢W18Cr4V及单晶硅基体上制备了梯度过渡的DIE/TiAlN复合薄膜.利用扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、显微硬度计、摩擦磨损仪等分析检测仪器对DLC/TiAlN复合薄膜的表面形貌、晶体结构、显微硬度、耐磨性等性能进行了检测分析.实验及分析结果表明:DLC/TrAlN薄膜平均膜厚为1.1μm,由于薄膜中的Al含量较多,使得复合薄膜的表面比DLC薄膜的表面要粗糙一些;通过对复合薄膜表层的XPS分析可知,ID/IG为2.63.由XPS深层剖析可知,DLC/TiAlN薄膜表层结构与DLC薄膜基本相同,里层则与TiAlN薄膜相似.在梯度过渡膜中,复合膜层之间的界面呈现为渐变过程,结合的非常好.DLC/TiAlN薄膜的显微硬度为2030 HV左右.与DLC薄膜显微硬度接近,低于TiAlN薄膜的显微硬度.但是DLC/TiAlN薄膜的耐磨性要好于TiAlN薄膜和DLC薄膜;DLC/TiAlN薄膜的耐腐蚀性能略好于DLC薄膜.     

射频与直流磁控溅射制备DLC薄膜的工艺研究及特性对比

采用直流与射频磁控溅射技术,用高纯石墨在单晶硅(100)表面制备了类金刚石薄膜(DLC).采用拉曼光谱、扫描电镜分析了薄膜的结构、表面和截面形貌,以及与溅射工艺的关系,并且对溅射过程中粒子输运机理进行了解释.结果表明,2种溅射方法制备的薄膜均含有相当的sp3杂化碳原子.射频磁控溅射沉积的DLC薄膜所含sp3杂化碳原子的量要高于直流磁控溅射沉积的DLC薄膜,且薄膜质量优于直流磁控溅射沉积的DLC薄膜.     

环境气氛对类金刚石薄膜摩擦学行为的影响

用射频等离子体化学气相沉积法(RF-PECVD)制备了含氢类金刚石薄膜(DLC).采用表面轮廓仪和纳米压痕仪分别测量膜的厚度和硬度.通过控制摩擦环境气氛对DLC薄膜和钢球对磨的摩擦系数进行了系统研究.利用光学显微镜和扫描电镜(SEM)分析了磨痕及磨斑的形貌,对DLC薄膜在不同气氛下的摩擦现象进行了表征和解释.结果表明,DLC薄膜的摩擦学行为与气氛中的O2、H2O和N2有关,其中N2的存在是DLC薄膜具有超低摩擦系数的重要原因.     

Ti6Al4V表面离子束辅助沉积DLC薄膜及其摩擦学性能研究

利用离子束辅助沉积(IBAD)的方法来制备含氢DLC薄膜,在球-盘微摩擦试验仪上对DLC薄膜及Ti6Al4V分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)组成的摩擦副的摩擦学性能进行了研究.结果表明:在Ti6Al4V球表面用离子束辅助沉积技术可以沉积DLC薄膜,所制备的DLC薄膜能有效地减小摩擦系数,改善摩擦学性能,在干摩擦下DLC薄膜表现出一定的减摩作用,在生理盐水润滑的条件下,DLC薄膜具有优异的减摩作用.     

不锈钢衬底两面同时液相电沉积类金刚石薄膜及其沉积机理研究

为了利用液相电沉积技术实现在金属衬底表面全方位电沉积类金刚石(DLC)薄膜,采用不同尺度的不锈钢片作为衬底,在表面电沉积了DLC薄膜,利用X射线光电子能谱、Raman光谱和扫描电子显微镜分别对衬底两面薄膜的化学成分、微观结构和表面形貌进行了分析。结果显示:对于尺度大于石墨阳极的不锈钢衬底,仅在衬底正对着阳极的一面实现了DLC薄膜的沉积;而对于尺度小于阳极的不锈钢衬底,在衬底两面都有DLC薄膜沉积,且两面薄膜结构相似,形貌相近。利用准静态电场理论对实验结果进行了解释,提出在金属衬底表面实现液相电沉积DLC薄膜的前提条件是存在垂直于衬底表面的电场分量,为进一步实现在复杂形状的导电性衬底表面沉积DLC薄膜提供了理论依据。     

NiTi合金生物医用材料表面镀类金刚石薄膜的性能研究

用脉冲电弧离子镀技术在NiTi合金生物材料表面沉积了类金刚石(DLC)薄膜.研究分析结果表明制备的DLC薄膜是四面体非晶碳薄膜;随着DLC薄膜厚度的增加,薄膜的表面粗糙度增加,薄膜中sp3的含量减少;随着sp3含量的增加,薄膜的纳米硬度升高;划痕实验表明临界载荷大于0.9 N.研究得出与NiTi合金相比,DLC薄膜能够有效地降低摩擦系数和磨损.DLC薄膜的摩擦系数主要与薄膜的硬度及薄膜中sp3的含量有关,DLC薄膜的磨损主要是轻微的磨粒磨损及疲劳磨损.     

DLC薄膜中sp~2键含量对HUVEC细胞附着性能的影响

本文利用具有特殊的电子结构的类金刚石(DLC)薄膜来研究材料表面电子结构对人脐静脉内皮细胞(HUVEC)附着性能的影响。采用直流电弧脉冲等离子体沉积法制备DLC薄膜,通过改变靶室气体种类和气体压强来控制DLC薄膜中sp2键的含量,并通过Raman光谱分析法进行测定。采用DAPI免疫荧光染色法对细胞附着形态进行观察,并利用ImageJ对随机记录的多个视场的所有细胞进行了细胞附着形态的统计学分析。实验结果表明:在充入Ar气制备的DLC薄膜表面,内皮细胞的附着性能随着sp2键含量的升高而变差,充入Ar/C2H2混合气体制备的DLC薄膜因所有细胞附着形态均很差而未体现出随sp2键含量而变化的明显趋势。     

脉冲真空弧源沉积类金刚石薄膜耐磨特性研究

本文利用脉冲真空弧源沉积技术在Cr17Ni14Cu4不锈钢和Si(100)基体上制备了类金刚石(DLC)薄膜,研究在不同基体偏压下,DLC薄膜的结构与性能.采用拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)研究DLC薄膜的原子结合状态,利用CSEM销盘摩擦磨损试验机研究其耐磨性,利用HXD1000B显微硬度仪测试其显微硬度,并采用压痕法评价其结合力.研究结果表明:DLC薄膜与基体结合牢固.随着基体偏压的提高,DLC薄膜内sp3键含量增大,薄膜硬度提高.Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积DLC薄膜后,耐磨性大幅度提高,本文探讨了DLC薄膜的耐磨机理.