辅助气体压强比例对中频脉冲非平衡磁控溅射沉积类金刚石薄膜结构与性能的影响

以高纯石墨为靶材、氩气(Ar)和甲烷(CH4)为辅助气体,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术在不同气体压强比例下制备了类金刚石薄膜,采用原子力显微镜、拉曼光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪、纳米压痕测试仪对所制备薄膜的表面形貌、微观结构、机械性能进行了分析.结果表明:当Ar气压强比例由17％增加到50％时,类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度、sp3杂化键含量、纳米硬度、弹性模量随Ar气压强比例的增加而增加,当Ar气压强比例由50％增加到86％时,薄膜的RMS表面粗糙度、sp3杂化键含量、纳米硬度、弹性模量随Ar气压强比例的增加而减小.以上结果说明辅助气体压强比例对类金刚石薄膜的表面形貌、微观结构、机械性能有较大的影响.     

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.     

类金刚石薄膜的制备及其电阻率、光谱特性研究

采用射频磁控溅射法在单晶硅表面制备了类金刚石薄膜;对薄膜的电阻率进行了测量,研究了薄膜的溅射工艺参数,采用拉曼光谱、原子力显微镜、扫描电镜分析了薄膜的结构、表面形貌以及薄膜的截面形貌.结果表明,薄膜中含有sp2、sp3杂化碳原子,拉曼谱高斯拟合峰的ID/IG为3.67;薄膜的电阻率达6×103 Ωcm.最佳溅射气压在0.4 Pa左右,最佳溅射功率在140 W左右;薄膜的表面平整光滑,平均粗糙度低达0.17 nm;SEM形貌表明薄膜由大量大小均匀的碳颗粒组成,薄膜内部十分致密,与基底结合很好.     

电压对中频脉冲非平衡磁控溅射类金刚石薄膜结构与性能的影响

制备参数对类金刚石(DLC)薄膜的性能和结构有显著影响。利用中频脉冲非平衡磁控溅射新技术制备了DLC薄膜,采用Raman光谱、X射线光电子能谱仪、纳米压痕仪、光谱型椭偏仪研究了溅射电压对DLC薄膜微观结构、力学性能和光学性能的影响。结果表明:当溅射电压由550 V增加到750 V时,DLC薄膜中sp3杂化碳含量随溅射电压的增加而增加,当溅射电压超过750 V时,薄膜中sp3杂化碳含量随溅射电压的增加而减少;DLC薄膜的纳米硬度、折射率均随溅射电压的增加先增加而后减小,溅射电压为750 V时制备薄膜的纳米硬度及折射率最大。     

辅助气体组成对类金刚石薄膜结构和性能的影响

分别以氩气-甲烷、氩气-乙炔为辅助气体,高纯石墨为靶材,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术制备了类金刚石薄膜.采用Raman光谱、X射线光电子能谱、纳米压痕测试仪、原子力显微镜对所制备类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌进行了分析.Raman光谱和X射线光电子能谱测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜中sp3杂化键的含量比以氩气-乙炔为辅助气体制备的类金刚石薄膜的高.纳米压痕测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的纳米硬度比以氩气-乙炔为辅助气体的高.原子力显微镜测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度比以氩气-乙炔为辅助气体的低.以上结果说明辅助气体组成对类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌有较大的影响.     

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.     

基体温度对中频脉冲非平衡磁控溅射技术沉积类金刚石薄膜结构与性能的影响

利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术在不同的基体温度下制备了类金刚石(DLC)薄膜,采用Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、纳米压痕测试仪、椭偏仪对所制备DLC薄膜的微观结构、机械性能、光学性能进行了分析。Raman光谱和XPS结果表明,当基体温度由50℃增加到100℃时,DLC薄膜中的sp3杂化键的含量随基体温度的升高而增加,当基体温度超过100℃时,DLC薄膜中的sp3杂化键的含量随基体温度的升高而减少。纳米压痕测试表明,DLC薄膜的纳米硬度随基体温度的增加先增加而后减小,基体温度为100℃时制备的薄膜的纳米硬度最大。椭偏仪测试表明,类金刚石薄膜的折射率同样随基体温度的增加先增加而后减小,基体温度为100℃时制备的薄膜的折射率最大。以上结果说明基体温度对DLC薄膜中的sp3杂化键的含量有很大的影响,DLC薄膜的纳米硬度、折射率随薄膜中的sp3杂化键的含量的变化而变化。     

脉冲激光沉积制备类金刚石薄膜的结构和光学性质

采用脉冲激光沉积方法在Si(100)衬底上制备了类金刚石薄膜,利用椭圆偏振光谱,拉曼光谱及X光电子能谱研究了衬底温度对薄膜的结构和光学性质的影响.结果表明较低衬底温度制备的薄膜的光学常数具有典型的类金刚石特征.衬底温度的升高导致了薄膜的有序化,使得薄膜的sp3键成分改变,从而影响了薄膜的光学常数.衬底温度过高,导致薄膜严重石墨化,表面粗糙度增加,不利于制备高质量类金刚石薄膜.     

掺硅类金刚石薄膜的制备及其光学性质研究

利用直流磁控溅射技术在单晶硅和光学玻璃表面制备了掺硅类金刚石薄膜,采用紫外-可见光光谱仪、原子力显微镜、X射线光电子能谱(XPS),荧光光谱仪考察了不同硅含量对类金刚石薄膜的光学透过、表面形貌、电子结构和光学带隙的影响.结果表明,掺硅后的类金刚石薄膜的表面粗糙度先变大后变小,光学带隙变宽,但当掺硅达到一定量时,光学带隙有所降低.随着硅掺入量的增加,薄膜的红外透过率显著提高;光的发射中心"蓝移"并且强度增加.XPS的结果表明薄膜的sp3/sp2的比率随着硅含量的增加而变大.     

基片温度对强流脉冲离子束烧蚀等离子体沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用强流脉冲离子束 (High intensitypulsedionbeam HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(1 0 0 )基体上沉积类金刚石 (Dia mond likecarbon DLC)薄膜 ,基片温度的变化范围从 2 5℃ (室温 )到 40 0℃。利用Raman谱、X射线光电子谱 (XPS)、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜 (AFM)研究基片温度对DLC薄膜的化学结合状态、表面粗糙度、薄膜显微硬度和薄膜内应力的影响。根据XPS和Raman谱分析得出 ,基片温度低于 30 0℃时 ,sp3C杂化键的含量大约在 40 %左右 ;从 30 0℃开始发生sp3C向sp2 C的石墨化转变。随着沉积薄膜时基片温度的提高 ,DLC薄膜中sp3C的含量降低 ,由 2 5℃时 42 .5 %降到 40 0℃时 8.1 % ,XRD和AFM分析得出 ,随着基片温度的增加 ,DLC薄膜的表面粗糙度增大 ,薄膜的纳米显微硬度降低 ,摩擦系数提高 ,内应力降低。基片温度为 1 0 0℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好 ,纳米显微硬度 2 2GPa ,表面粗糙度为 0 75nm ,摩擦系数为 0 .1 1 0。     

类金刚石碳膜的结构特性与耐磨性能

采用双离子束增强沉积（IBED）和离子束直接沉积（IBD）技术，在CHn 能量为200~550eV和3～25keV范围内沉积的类金刚石薄膜具有光滑平坦的表面和非晶结构。X光电子谱和Raman光谱分析、以及显微硬度测量的结果表明，随着轰击离子能量的降低，薄膜的金刚石特性增强；在200～550eV能量范围内制备的DLC膜具有明显的sp3键特征和很高的显微硬度。沉积在GCr15钢上的DLC膜与GCr15钢的摩擦学对比实验表明，DLC膜具有很低的摩擦系数、比磨损率和高的抗磨损指数，这证明采用上述两种方法制备的DLC膜具有优良的抗摩擦磨损性能。     

基体负偏压对类金刚石涂层结构和性能的影响

采用直流等离子体增强化学气相沉积技术(DC-PECVD),通过控制基体负偏压的变化在YG8硬质合金基体上制备一系列类金刚石涂层。选用扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱、粗糙度仪对涂层形貌和结构进行表征测试。同时,利用显微硬度计、划痕测试仪系统地分析涂层的显微硬度和界面结合性能。结果表明:随着负偏压增大,涂层表面形貌逐渐平整光滑、致密,颗粒尺寸减小及数量降低。拉曼光谱表明,涂层具有典型的类金刚石结构,涂层中sp3键含量呈先增大后减小趋势,最大值约67.9%出现在负偏压为1000V左右,负偏压过大导致sp3键含量降低。显微硬度随负偏压变化规律与sp3键基本相符,sp3键含量决定显微硬度值大小。负偏压过大对吸附离子产生反溅射作用导致涂层厚度减小。当负偏压为1100V时,涂层与基体间的界面结合性能最优。     

衬底偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

采用过滤阴极真空电弧技术并施加一定的衬底负偏压,在P(100)单晶硅片上制备出四面体非晶碳薄膜利用可见光Raman光谱研究薄膜的结构,通过BWF函数描述的单斜劳伦兹曲线拟合数据并获得表征曲线非对称性的耦合系数,从而反映了薄膜中sp3杂化的含量分别用原子力显微镜和纳米压入仪研究薄膜的表面形态和力学性能.结果表明:当衬底偏压为-80V时,薄膜中sp3杂化的含量最多,均方根表面粗糙度值最低(Rq=0.23nm),硬度、杨氏模量和临界刮擦载荷也最大,分别为51.49GPa、512.39GPa和11.72mN.随着衬底偏压的升高或降低,sp3键的含量减少,其它性能指标也分别降低.     

Raman spectroscopy and mechanical properties of multilayer tetrahedral amorphous carbon films

In order to take the tetrahedral amorphous carbon (ta-C) films as the high acoustic impedence layer in a Bragg reflector isolating acoustic wave from the substrate in solidly mounted resonator, the multilayer films consisting of sp2-rich layers and sp3-rich layers were deposited from a filtered cathodic vacuum arc by adjusting the substrate bias. The microstructure of the films was evaluated using a visible Raman spectroscopy. The stress was calculated according to the changed curvature of the coated and bare substrate. The hardness, modulus and scratching were measured using a nanoindenter. It has been shown that the multilayer structure maintaining high tetrahedral content, high hardness and high elastic modulus is still characterized with lower intrinsic stress and better adhesion.     

Preparation of Cr(N,O) thin films by RF reactive unbalanced magnetron sputtering

Chromium oxynitride thin films were deposited by radio-frequency (RF) reactive unbalanced magnetron sputtering at various O₂ flow rates onto Si(100) and glassy carbon substrates. The compositions of the thin films were analyzed by Rutherford backscattering spectroscopy. The thin films were found to contain up to 44 at.% oxygen. In Fourier-transform infrared spectra, a peak attributed to the Cr-N bond of CrN was observed, but no peak attributable to the Cr-O bond of Cr₂O₃ was found. The textures of the thin films were observed by transmission electron microscopy, which revealed that samples had a columnar structure. The hardness of the thin films was measured by nanoindentation. The hardness increased from 20 GPa to a maximum value of 31 GPa with increasing oxygen content.     

直流反应磁控溅射在3003铝箔表面制备薄膜的研究

为有效提高3003铝箔表面光泽度、比面积及强硬度,采用直流反应磁控溅射的方法.在一定溅射参数条件下,选用高纯钼靶和钛靶对3003铝箔进行溅射实验,分别在铝箔表面主要沉积出AlMo3、Al3Mo薄膜和TiAl、(Ti,Al)N薄膜,利用X射线衍射、扫描电镜分析相组成及微观组织结构,并测试了显微硬度和薄膜厚度,实验结果表明:制备出的AlMo3、Al3Mo薄膜和TiAl薄膜结晶良好,与基底结合良好,铝箔表面美观漂亮、硬度增高及比表面积得到一定提高.     

镍基合金基体上离子镀TiN薄膜的制备及性能

在镍基合金Inconel 740H基底上通过多弧离子镀制备Ti N薄膜.控制温度、气体流量、过渡层成分等重要参数,研究其对Ti N薄膜的表面形貌、力学性能以及耐腐蚀性的影响.多弧离子镀沉积过程中,沉积温度分别为200、250、300℃;过渡层成分分别为Al、Cr、Ti;气体流量分别为Ar 5 Sccm∶N240 Sccm,Ar 6 Sccm∶N248 Sccm,Ar 8 Sccm∶N264 Sccm.实验结果表明:在本实验的温度范围内,Ti N薄膜的致密度、结合力以及表面硬度均随着沉积温度的提高而提高;Cr作为过渡层的效果优于Al和Ti,薄膜成分均匀、表面致密,硬度更高,且耐腐蚀性能优异;在Ar、N2流量比一定的情况下,气体流量对Ti N薄膜的表面形貌和力学性能影响不大.本实验的最佳参数是:沉积温度300℃,过渡层成分为Cr,气体流量为Ar 6 Sccm、N248 Sccm.     

离子束辅助磁控溅射制备类石墨碳膜的结构与性能研究

采用离子束辅助磁控溅射技术(IBMSD)制备了高硬度、低电阻率的类石墨碳膜(GLC), 用TEM和XRD考察其组成相, 用XPS、FTIR和电阻率间接确定其碳键结构, 并测定了不同气体和离子能 量辅助轰击下制备的几组薄膜的沉积速率、成分、硬度和粗糙度等. 结果表明: 采用IBMSD制备的GLC是一种以sp²键为主的非晶硬质碳膜. CH₄辅助轰击较Ar有利于提高沉积速率. 辅助轰击能量的增大使薄膜表面粗糙度先减小后增大, 硬度的变化一定程度上与粗糙度相关.     

CLAM钢表面硬质薄膜的制备与性能研究

采用射频反应磁控溅射法在中国低活化马氏体(CLAM)不锈钢表面制备了单层Al2O3、SiC、W薄膜以及SiC/Al2O3、W/Al2O3双层膜.对所制备的薄膜进行了XRD结构分析、AFM表面形貌测试和显微硬度测试.结果表明:单层SiC薄膜表面出现了部分脱落,而SiC/AlO3双层膜表面完整光滑.W/Al2O3双层薄膜表面平整光滑,均方根粗糙度为4.28 Ha.W单层薄膜和W/Al2O3双层薄膜经氩气中800℃退火2 h后硬度最高,分别达到了34.4 GPa和31.3 GPa.