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。     

中频脉冲非平衡磁控溅射技术制备类金刚石膜的结构与性能

利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术在载玻片上制备了类金刚石(DLC)薄膜,研究了沉积气压对薄膜厚度、微观结构、机械性能和光学性能的影响。厚度测试结果表明,DLC膜厚度随沉积气压的增加而增加。X射线光电子能谱测试结果表明,当沉积气压由0.18Pa增加到1.50Pa时,DLC薄膜中sp~3杂化碳含量随沉积气压的增加而减少。纳米压痕和椭偏仪测试结果表明,DLC膜的纳米硬度、折射率均随沉积气压的增加而减小。采用浅注入模型分析了沉积气压对薄膜生长和键合结构的影响。以上结果表明,沉积气压对DLC膜的厚度、sp~3杂化碳含量、机械与光学性能具有较大的影响。     

不锈钢表面沉积DLC膜的结构和性能

应用线性离子束复合磁控溅射技术在不锈钢和硅片基体上制备DLC膜,研究了基体偏压和过渡层的厚度和结构对DLC薄膜结构和性能的影响。结果表明,在过渡层相同偏压为-200 V的条件下,薄膜中的sp3键含量更低,但是薄膜结构致密性的提高使其硬度和膜基结合力反而提高;在偏压为-200V的条件下,随着过渡层厚度及层数的增加DLC薄膜中sp3含量均降低,同时过渡层和多层薄膜的硬度减小;在偏压为-100V条件下,过渡层厚度和层数对DLC薄膜sp3的含量没有明显的影响。当过渡层厚度为1.7μm、结构为Cr/CrC时,在11Cr17不锈钢基体上可制备出厚度为4.92μm、硬度为29.4 GPa、摩擦系数小于0.1、结合力高于70 N综合性能最佳的DLC薄膜。     

硼掺杂四面体非晶碳薄膜的光学特性研究

采用过滤阴极真空电弧技术制备了不同硼含量的掺杂四面体非晶碳薄膜(ta-C:B)。使用椭偏仪和紫外-可见光分度计测试了薄膜的折射率、消光系数、透过率和反射率。结果表明,硼含量小于2.13%时,硼含量增加,薄膜折射率缓慢增大;消光系数基本保持不变。当硼含量继续增加到3.51%和6.04%时,折射率分别迅速增加至2.65和2.71,相应的消光系数增大至0.092和0.154;而薄膜的光学带隙从2.29eV缓慢减小至1.97eV,后又迅速降至1.27eV。同时ta-C:B膜的透过率逐渐减小,反射率逐渐增大,表明硼的掺入降低了薄膜的透光性能。ta-C:B膜光学性能的变化,除了与sp3杂化碳的含量有关外,还取决于薄膜中sp2杂化碳的空间分布特点。     

射频磁控溅射制备类金刚石薄膜的特性

采用射频磁控溅射技术,用高纯石墨靶在单晶硅片、抛光不锈钢片上制备了类金刚石薄膜(DLC)。采用Raman光谱、原子力显微镜、显微硬度分析仪,表征了类金刚石薄膜的微观结构、表面形貌、硬度。结果表明,制备的类金刚石薄膜中含sp2、sp3杂化碳键,具有典型的类金刚石结构特征。计算表明,对应sp3杂化碳原子含量的ID1IG为3.18;薄膜的表面十分平整光滑,表面粗糙度极低,平均粗糙度Ra为0.17 nm;薄膜硬度可以高达30.8 GPa。     

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.     

磁过滤真空阴极电弧技术弧电流对四面体非晶碳薄膜性能的影响

研究了磁过滤阴极真空电弧技术中不同弧电流(20~100 A),制备的四面体非晶碳薄膜性能的影响。通过对薄膜厚度、薄膜硬度、表面形貌以及sp3键含量随弧电流的变化结果进行了测试。结果表明,当弧电流从20增大至100 A,表征薄膜sp杂化碳含量的ID/IG从0.212增加到1.18,显示制备薄膜的sp3键含量逐渐减少,同时sp2键在逐渐增加。随着弧电流值上升,薄膜硬度增加,表明其值与弧电流值呈正相关性,高的弧电流使通过磁过滤器的大颗粒等离子体数增加,从而薄膜表面形貌易于沉积大颗粒,导致薄膜表面质量下降。因此,选择合适的弧电流值可优化Ta-C薄膜制备工艺,本文研究内容为工业应用中通过弧电流调整优化膜层综合性能提供参考。     

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.     

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.     

溅射电流对磁控溅射CrN_x薄膜结构与性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术在不锈钢以及单晶硅基体上制备了CrNx薄膜,并利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、能量色散X射线能谱仪(EDS)和纳米压痕仪对薄膜的结构和性能进行了表征。结果表明,随着溅射电流的增大,薄膜中N/Cr比值减小,相组成由CrN(200)向Cr2N(111)转变;晶粒尺寸减小,柱状结构消失,结构变得致密;由于在大溅射电流下,易于形成Cr2N高硬度相,而且形成的薄膜晶粒细小、结构致密,所以硬度值随溅射电流单调升高,在21A时达到最高,为21GPa。     

GCr15钢领基体磁控溅射类金刚石薄膜的工艺

为了提高钢领表面耐磨性,采用中频非平衡磁控溅射法在经热处理的GCr15钢领上制备了类金刚石(DLC)薄膜,并对不同磁控溅射功率、负偏压下制备的DLC薄膜进行了组织结构分析和摩擦磨损性能测试。结果表明:随着溅射功率、负偏压增加,DLC薄膜的Raman谱G峰位置和ID/IG值均整体上呈增加趋势,sp3键含量减少,石墨化程度增加;负偏压恒定为100 V时功率为8 k W以及功率恒定为5 k W时负偏压120 V,制备的DLC薄膜具有较小的摩擦系数和稳定的抗磨损性能。     

靶电流对掺钨类金刚石膜的结构与摩擦学行为的影响EI北大核心

利用真空阴极电弧+磁控溅射+阳极层条形离子源制备了带梯度过渡层的掺钨类金刚石(DLC)膜,并研究了靶电流对掺钨DLC膜结构和性能的影响,结果表明:制备的掺钨DLC膜光滑致密,表面存在1~2μm的液滴。靶电流不大于3.5A时,随着靶电流的增加,掺钨DLC膜的钨含量逐渐增加,但sp3的含量基本不变;靶电流为5A时,制备的薄膜成分接近WC的理想化学计量比,薄膜中的sp3含量增加到48%。当靶电流不大于2A时,靶电流对掺钨DLC膜的显微硬度和摩擦系数影响较小;在高的靶电流条件下,掺钨DLC膜的显微硬度和摩擦系数随着靶电流的增加而明显增大。     

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。     

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

利用强流脉冲离子柬(High-intensity pulsed ion beam-HIPIB)烧蚀等离子体技术在Si(100)基体上沉积类金刚石(Diamond-like carbon-DLC)薄膜，基片温度的变化范围从25℃(室温)到400℃。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300℃时，sp3C杂化键的含量大约在40％左右；从300℃开始发生sp3C向sp2C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25℃时42．5％降到400℃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100℃时沉积的DLC薄膜的综合性能最好，纳米显微硬度22GPa，表面粗糙度为0．75nm，摩擦系数为0．110。     

钛离子注入类金刚石碳膜的结构与性能的研究

使用金属离子注入的方法制备了 Ti掺杂的DLC膜。采用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,Ti掺杂后 DLC 膜的表面粗糙度明显减小,表面光洁度增加,颗粒细化。拉曼光谱分析表明实验获得的薄膜是典型的DLC膜,掺杂Ti后的 DLC膜的拉曼光谱存在明显的肩峰,DLC膜化学结构中的sp2 组分增加,sp3 组分减少。透射电子显微镜分析表明Ti注入后有TiC纳米晶形成。掺入Ti的 DLC膜的硬度从 14GPa增加到 20GPa。Ti 掺杂后的 DLC 膜的摩擦系数(0.15)明显低于未掺杂的DLC膜的摩擦系数(0.21),Ti离子注入有助于提高薄膜的抗磨损性。     

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.     

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.     

磁控溅射TiC／a—C薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用磁控溅射法制备不同碳含量的碳化钛薄膜.采用SEM、XRD及HR-TEM等手段分析了TiC/a-C薄膜的微观组织结构,采用摩擦磨损仪和台阶仪研究了薄膜的摩擦学性能.研究结果表明,碳含量在40%～74%时,随碳含量的增加,薄膜结构由疏松变得致密,(111)择优取向逐渐转变为无明显择优取向生长.当碳含量为60%时,薄膜结构为TiC晶粒镶嵌在非晶碳基体中的纳米复合结构,此时薄膜的机械性能及耐磨性最佳.磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,通过调节薄膜中非晶碳的含量及晶粒大小并增加薄膜的硬度可改善其摩擦学性能.     

锗掺杂类金刚石薄膜特性研究

为了降低类金刚石(DLC)薄膜的应力,使用脉冲真空电弧离子镀(PVAD)和电子束热蒸发相结合的复合沉积技术,在Si基底上制备了一系列不同锗含量(原子百分比)的Ge-DLC薄膜样片,研究了锗含量对DLC薄膜光学特性和力学特性的影响。研究结果表明:在1~5μm波段,当锗掺杂含量小于25%时,对DLC薄膜光学常数的影响不大;随着Ge含量的增加,DLC薄膜的折射率和消光系数都略微增大。随着DLC薄膜中Ge含量的增加,薄膜的内应力和硬度均有所降低。当DLC薄膜中Ge含量约为8%时,Ge-DLC薄膜的内应力从6.3降至3.0 GPa,而硬度仅从3875减小为3640 kgf/mm2,几乎保持不变。硅基底上单面沉积Ge的含量为8%的DLC薄膜在红外3~5μm波段的透过率峰值约为63.15%。