激光热处理对类金刚石薄膜结构的影响

用真空阴极过滤电弧法沉积了厚度为2 nm的类金刚石(DLC)薄膜,研究了激光加热退火时薄膜结构和表面粗糙度的变化,分析了激光加热功率对薄膜结构的影响。结果表明,当激光功率小于200 mW时,DLC薄膜的结构基本保持不变;激光功率增大到300 mW,薄膜中少量的sp3键转变为sp2键,但薄膜的表面形貌基本保持不变。随着激光功率增大到400mW,薄膜中sp3键向sp2键的转变量增大;当激光功率达到500 mW时,薄膜中大量的sp3键转变为sp2键,sp2六原子环含量迅速增大,薄膜表面粗糙度开始明显增大,出现凹凸不平的表面形貌。     

FCVA制备超薄类金刚石薄膜的拉曼光谱分析

采用FCVA方法制备厚度分别为50nm、30nm、10nm、5nm、2nm的DLC薄膜,利用可见光拉曼光谱分析薄膜的G峰位置、Id/g和Ag/Ad,发现随着薄膜厚度的减小,Id/Ig不断增大,AgAd减小,G峰位置向低波数方向移动.紫外拉曼光谱分析结果表明,薄膜厚度减薄会减小It/Lg使T峰位置向高波数方向移动.结合两种不同波长的拉曼光谱进行分析,G峰偏移量随薄膜厚度减小呈下降趋势;随薄膜厚度的减小,FCVA法制备的类金刚石薄膜中的sp3键含量减少,同时有序化的sp2团簇增加.EELS结果也证实,薄膜厚度的减小会减少薄膜中sp3键的含量.对于50nm和30nm的非晶碳膜,拉曼光谱分析的结果与薄膜硬度和内应力实际测试结果存在一致的对应关系.     

FCVA法制备的超薄类金刚石薄膜的结构分析

用真空阴极过滤电弧(Filtered Cathode Vacuum Arc,FCVA)法制备厚度分别为50 nm,30 nm,10 nm,5 nm,2 nm的类金刚石(DLC)薄膜,利用拉曼光谱和电子能量损失谱研究了薄膜的结构,分析了硬度和内应力的变化趋势。结果表明,随着薄膜厚度的减小,可见光拉曼光谱高斯分解的G峰位置向低波数方向移动,D峰和G峰强度之比Id/Ig不断增大,G峰面积与D峰面积之比Ag/Ad减小;说明随着薄膜厚度的减小,DLC薄膜中的sp3键含量减少,有序化的sp2团簇增加。电子能量损失谱的结果也表明薄膜厚度的减小会引起薄膜中sp3键含量的减少。当薄膜的厚度由50 nm变为30 nm时,薄膜硬度由53.85 GPa减小为39.64 GPa,内应力由4.63 GPa降低为3.47 GPa,随着厚度降低,薄膜的硬度和内应力呈下降趋势。     

磁控溅射非晶CNx薄膜的热稳定性研究

为了研究非晶CNx薄膜的热稳定性,采用射频磁控溅射方法沉积了非晶CNx薄膜样品,并在真空中退火至900℃,利用FTIR,Raman和XPS谱探讨了高温退火对CNx薄膜化学成分及键合结构的影响.研究表明:CNx薄膜样品中N原子分别与sp、sp2和sp3杂化状态的C原子相结合,退火处理极大地影响了CN键合结构的稳定性;当退火温度低于600℃时,膜内N含量的损失较少,CNx薄膜的热稳定性较好,退火温度超过600℃时,将导致CNx膜中大多数C、N间的键合分离,造成N大量损失,膜的热稳定性下降;退火可促使膜内sp3型键向sp2型键转变,在膜中形成大量的sp2型C键,导致CNx膜的石墨化.     

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。     

超高分子量聚乙烯表面金属化及类金刚石薄膜沉积复合处理研究

采用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)表面金属化及类金刚石薄膜沉积复合处理工艺,提高超高分子量聚乙烯的耐磨性.首先采用磁过滤阴极真空弧源沉积技术(FCVA)在UHMWPE表面制备约30nm钛金属层,使UHMWPE表面金属化,然后再沉积DLC薄膜,研究结果表明,UHMWPE表面金属化后,DLC薄膜沉积过程中,电荷累积效应消...     

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。     

非平衡磁控溅射类金刚石碳膜的性能

用非平衡磁控溅射的方法在室温下制备了光滑、均匀、致密的类金刚石(DLC)薄膜,分析和研究了DLC膜的形貌、结构和摩擦特性.结果表明,靶工作电流对DLC膜的沉积有重要的影响.随着工作电流的增大,薄膜的沉积速率增大,薄膜中sp3键的含量增加.薄膜的摩擦系数随着工作电流的增加略有增大,在摩擦的初始阶段,摩擦系数较高,随着摩擦循环次数的增加,摩擦系数逐渐减小,并逐渐趋于稳定.     

退火温度对DLC膜热稳定性及摩擦学性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术分别在氮化硅陶瓷球和高速工具钢圆盘表面制备了类金刚石(DLC)膜。使用箱式电阻炉对DLC膜在大气环境中进行高温退火处理以研究环境温度对DLC膜摩擦学性能的影响;并分别采用激光拉曼光谱仪和球-盘式摩擦磨损试验机对退火处理前后DLC膜的结构和摩擦学性能进行了研究。采用金相显微镜观察了摩擦副磨损表面的形貌。研究发现,随着退火温度的升高,DLC膜中sp3杂化键向sp2杂化键的转化加快,当退火温度为600℃时,DLC膜发生严重的石墨化。而当退火温度为400℃时,DLC膜的摩擦系数及磨损率最小。拉曼测试表明400℃退火处理后DLC膜表层含有Si及SiO2,在摩擦过程中形成了含SiC的转移膜,使得DLC膜的摩擦系数明显降低,磨损减小。研究结果表明,退火处理对DLC膜的热稳定性和摩擦学性能有重要的影响。     

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.