含氢碳薄膜500℃退火前后摩擦学行为研究

目的 为含氢碳薄膜在甲醇发动机中应用提供新思路。方法 首先利用BiP–PECVD方法在Si基底上制备了含氢碳薄膜,并在500℃于Ar气氛中进行1 h退火处理。通过纳米硬度、X射线光电子能谱、傅里叶转变红外光谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描电镜、CSM摩擦试验机等,分别评价未退火和500℃退火含氢碳薄膜的结构、力学性能、表面形貌及在干燥空气和甲醇环境中的摩擦学性能。通过对比,研究甲醇的引入对500℃退火含氢碳薄膜摩擦学行为造成的影响。结果 500℃退火会改变含氢碳薄膜中碳的杂化方式由sp³–C向sp²–C转变,促使薄膜石墨化,C==C/C—C的值明显增大(从0.67到0.99),硬度降低(从26.5 GPa到22.0 GPa),弹性模量几乎不变,H/E减小,耐磨性变差。在干燥空气中,与未退火碳薄膜相比,500℃退火含氢碳薄膜的摩擦因数降低(从0.031到0.024),磨损率增加了1.27倍,而相应摩擦对偶球的磨损降低(从4.22×10^–6mm³到3.99×10–6mm³)。而在...     

多晶硅薄膜的工艺研究

研究了制备性能优良非晶硅薄膜的工艺参数，对薄膜进行高温退火得到多晶硅薄膜。用X射线衍射仪(xRD)和扫描电镜(SEM)，观察薄膜的结晶情况以及晶粒的大小。结果表明：退火温度越高，退火时间越长，得到多晶硅薄膜的比例越高，晶粒也相对较大；薄膜在(111)方向上优先结晶，晶粒大小可以达到1μm，与理论值做了比较。     

高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜研究进展

非晶碳薄膜主要由sp3碳原子和sp2碳原子相互混杂的三维网络构成,具有高硬度、低摩擦系数、耐磨损、耐腐蚀以及化学稳定性等优异性能。然而传统制备方法难以实现薄膜结构及其性能的综合调控,高功率脉冲磁控溅射因其离子沉积特性受到领域内专家学者的关注。总结了近年来关于高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜材料的研究进展。重点介绍了高功率脉冲磁控溅射石墨靶的放电特性,指出了其在沉积非晶碳薄膜过程中获得高碳原子离化率的条件。针对离化率和沉积速率低,主要从提高碳原子离化率和碳离子传输效率等角度,介绍了几种改进的高功率脉冲磁控溅射方法。并对比了不同高功率脉冲磁控溅射方法中的碳原子离化特征、薄膜沉积速率、结构和力学性能。进一步地,探讨了高功率脉冲磁控溅射在制备含氢非晶碳薄膜和金属掺杂非晶碳薄膜中的优势及其在燃料电池、生物、传感等前沿领域的应用。最后,对高功率脉冲磁控溅射石墨靶的离子沉积特性、非晶碳薄膜制备及其应用研究趋势进行了展望。     

沉积温度和退火处理对BCN薄膜结构的影响

采用脉冲激光沉积技术,在Si(100)基片上制备了BCN薄膜,研究了沉积温度和退火处理对BCN薄膜组分和结构的影响。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对制备的BCN薄膜进行了表征。结果表明:沉积温度升高时,BCN薄膜的组分无明显改变。所制备的BCN薄膜包含B—N,C—B和C—N化学键,是由杂化的B—C—N键构成的化合物。真空退火温度为700℃时,BCN薄膜结构稳定;大气退火温度达到600℃时,BCN薄膜表面发生氧化分解,同时有C≡N键形成,表明C≡N键具有较好的高温热稳定性。     

退火温度对ZnTe薄膜结构和性能的影响

采用脉冲激光沉积法(PLD)在玻璃衬底上通过室温溅射和原位退火制备了ZnTe薄膜。通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计等研究了退火温度对薄膜结构和性能的影响。结果表明:薄膜具有明显的<110>择优生长特征。随着退火温度的升高,薄膜结晶质量逐渐提高,晶粒长大,透过率增加;但过高的退火温度降低了晶体的结晶质量和透过率。当退火温度为280℃时,ZnTe薄膜具有最好的结晶质量,平均透过率达到90%左右。     

工作压强对PECVD法制备DLC薄膜微观结构与力学性能的影响

采用脉冲等离子体增强化学气相沉积方法(Pulse-PECVD)于316L不锈钢基体上制备类金刚石(DLC)薄膜,研究不同工作气压对DLC薄膜的沉积速率、表面形貌、微观结构、纳米硬度、弹性模量以及结合强度的影响规律。结果表明:随沉积气压增大,薄膜的沉积速率随之增大,压强在3 Pa时沉积速率可高达1. 4μm/h;不同气压下沉积的DLC薄膜均体现出平整光滑的表面形貌和高于不锈钢基体3倍以上的纳米硬度;沉积气压为2 Pa时,DLC薄膜在拉曼光谱中具有最小的ID/IG值,对应最高的纳米硬度16. 1 GPa和弹性模量152. 7 GPa,以及最低的粗糙度和摩擦因数0. 206。      

Fe-Zr-B非晶薄膜退火后的组织与性能

用直流磁控溅射法成功制备了Fe—Zr—B非晶薄膜。用X-射线衍射、透射电镜研究了薄膜不同退火温度后的组织与性能。研究结果表明，薄膜在550℃退火时，其磁感应强度最高，主要原因是因为其结构发生了有利于磁化的bcc相的转变。     

低温等离子体增强化学气相沉积纳米结构碳化钨薄膜

采用氟化钨（WF6）和甲烷为前驱体气体，以氩气为载气，在氢气氛下，采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法在低温下制备具有纳米结构的碳化钨薄膜。采用SEM、AFM、XRD、EDS等方法表征了碳化钨薄膜的形貌、晶体结构和化学组成，表明基体温度在450℃，甲烷与氟化钨气体流量比为10时得到的碳化钨薄膜是以直径为Ф40～80nm，高度为150～200nm的圆柱状的纳米晶粒聚合体组成。探讨了低温制备纳米结构碳化钨薄膜的机理，分析了基体温度对薄膜物相和微观结构的影响。     

退火气氛对SnO_2:F薄膜low-e性能的影响（英文）

SiO_2:F薄膜作为low-e玻璃的功能层材料,广泛应用于节能镀膜玻璃。对帮化学气相沉积法在玻璃表面沉积的约250 nm厚的SiO_2:F薄膜进行不同气氛的退火处理。结果发现,薄膜的电学、光学性能在氦气和空气两种不同的退火气氛下会有显著的变化。SiO_2:F薄膜的Low-e性能经过空气中高温退火下降明显。但在空气中退火后,再在氮气保护下退火,性能会有所恢复。对该现象的机理也进行了研究。     

退火时间对Ni催化非晶碳转变石墨烯的影响

目的 研究不同退火时间对Ni催化非晶碳转化生成石墨烯的影响。方法 采用磁过滤电弧沉积技术,在SiO2/Si基片上制备非晶碳薄膜,之后利用磁控溅射技术,在非晶碳薄膜上镀上一层金属Ni。再将样品放置在管式炉中进行真空退火热处理。通过X射线光电子能谱（XPS）表征非晶碳的化学价态,利用扫描电子显微镜（SEM）观察退火前后样品的表面形貌变化,利用拉曼光谱（Raman spectra）对生成的石墨烯进行质量表征,采用透射电子显微镜（TEM）对微观石墨烯结构进行表征。结果 700~800 ℃范围内,合理延长退火时间至60 min,可以提高生成的石墨烯质量,使得ID/IG值分别从0.63、0.61降至0.53、0.46。TEM显示,700 ℃退火60 min时,得到的石墨烯约为32层。900 ℃时,在1~10 min短时间内退火,即可得到高质量石墨烯。结论 退火时间显著影响非晶碳转化生成的石墨烯。900 ℃时,短时间退火可以生成高质量石墨烯,而在700~800 ℃时,则需要延长退火时间才可得到高质量石墨烯。退火时间并不能无限延长,否则会导致生成的石墨烯结构被破坏。     

PECVD制备六方金刚石结构碳氢薄膜

利用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在单晶硅(100)表面上制备了一层含有六方金刚石结构的碳氢薄膜。采用透射电子显微镜和拉曼光谱仪对薄膜结构进行表征;并用Nano-indenterⅡ型纳米压痕仪和CSM—摩擦磨损试验机对薄膜的力学性能和摩擦学性能进行了测试。结果表明:该碳氢薄膜含有六方金刚石结构,另外还含有少量的纳米弯曲石墨片段;与制备的类金刚石碳氢薄膜相比,该薄膜具有较好的力学性能,同时该薄膜在空气环境下表现出了较好的摩擦学性能。     

偏压对四面体非晶碳膜结构和性能的影响

目的 通过系统研究电弧离子镀偏压对四面体非晶碳膜(ta-C膜)结构及性能的影响规律,阐明偏压对ta-C膜结构及性能的影响机制,为拓展ta-C膜的应用提供一定的理论依据.方法 改变电弧离子镀偏压工艺,在硬质合金基体表面沉积ta-C单层膜.采用场发射扫描电子显微镜(SEM)表征ta-C膜表面及截面显微形貌,采用Raman光...     

沉积温度对钢球表面含氢碳薄膜结构和摩擦学性能的影响

目前,含有类富勒烯碳结构的氢化碳薄膜(FL-C:H)主要通过等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在单晶硅表面制备。文中在碳薄膜PECVD沉积工艺之前,通过额外引入原位渗氮方法在钢球表面沉积过渡层以增强薄膜与基材结合力,从而成功制备了具有类富勒烯结构的含氢碳薄膜。通过改变钢球表面碳膜沉积时间(30、60、90、120、150和180 min)获得厚度不同、结构变化的碳膜,进而研究碳膜的结构演变与摩擦学性能之间的关系。结果表明:FL-C:H薄膜PECVD沉积工艺(采用了比额外引入的原位渗氮工艺更低的基底偏压)使钢基底温度随沉积时间增加而下降,导致薄膜结构转变。碳膜结构最初为类石墨结构,随着沉积时间的增长逐渐转变为类富勒烯结构;沉积时间为180 min的碳基薄膜具有超低摩擦因数(0.009)和超长磨损寿命(53 000个周期)。     

Self-lubricated Array Film of Amorphous Carbon Nanorods on an Aluminum Substrate

IN ORDER TO improve the friction property and wearresistance of aluminum and its alloys,ion implanting,anodic oxidation,and thin coating processingtechnology have been applied for a long timeRecently,some compound nanowires and the alignedcarbon nanotubes were synthesized on the porousanodic aluminum oxide template[4"61.It was indicatedthat the nanosize lubricants such as inorganicfullerene-like metal sulphides and multiwall carbonnanotubes imbedded into the pores on AAO membranecould enha…     

SUBSTRATE EFFECT ON HYDROGENATED MICROCRYSTALLINE SILICON FILMS DEPOSITED WITH VHF-PECVD TECHNIQUE

Raman spectra and scanning electron microscope （SEM） techniques were used to determine the structural properties of microcrb＇stalline silicon （μc-Si：H） films deposited on different substrates with the very high frequency plasma-enhanced chemical vapor deposition （VHF-PECVD） technique. Using the Raman spectra, the values of crystalline volume fraction Xc and average grain size d are 86%, 12.3nm; 65%, 5.45nm; and 38%, 4.05nm, for single crystalline silicon wafer, coming 7059 glass, and general optical glass substrates, respectively. The SEM images further demonstrate the substrate effect on the film surface roughness. For the single crystalline silicon wafer and Coming 7059 glass, the surfaces of the μc-Si：H films are fairly smooth because of the homogenous growth or h＇ttle lattice mismatch. But for general optical glass, the surface of the μ-Si： H film is very rough, thus the growing surface roughness affects the crystallization process and determines the average grain size of the deposited material. Moreover, with the measurements of thickness, photo and dark conductivity, photosensitivity and activation energy, the substrate effect on the deposition rate, optical and electrical properties of the μc-Si：H thin films have also been investigated. On the basis of the above results, it can be concluded that the substrates affect the initial growing layers acting as a seed for the formation of a crystalline-like material and then the deposition rates, optical and electrical properties are also strongly influenced, hence, deposition parameter optimization is the key method that can be used to obtain a good initial growing layer, to realize the deposition of μc-Si：H films with device-grade quality on cheap substrates such as general glass.     

基于非晶碳膜压阻效应的MEMS压力传感器研究

目的研究非晶碳膜的压阻性能和机理,并将其作为压敏电阻应用于MEMS压力传感器敏感电路中。方法使用直流溅射工艺制备非晶碳膜压敏薄膜材料,对典型样品进行内部组分和电学、力学、温度等性能测试和研究,使用有限元方法进行器件设计仿真,借助MEMS加工工艺完成非晶碳膜压力传感器芯片的加工,最后进行器件级别的测试和分析。结果在0～1 MPa范围内,压力传感器芯片的灵敏度为9.4μV/kPa,输出信号的非线性度为5.57%FS;对压敏电阻进行–70～150℃范围内的温度性能研究,其阻值与温度之间表现出较强的线性关系,且在–20～150℃段,线性度更强,表明非晶碳膜压敏材料在高温段应用时更容易补偿。机理研究方面,非晶碳膜在厚度方向上表现出组分差异化,因此该方向也应被纳入机理模型建立中。结论非晶碳膜在加工工艺、力学性能以及电学性能上与传统的MEMS传感器芯片能够很好地结合,加工得到的非晶碳膜压阻式压力传感器灵敏度和线性度较为理想。此外,其压阻机理研究应纳入薄膜厚度方向。     

射频等离子体辅助化学气相沉积Ti-B-N薄膜的结构与性能

研究了射频等离子体辅助化学气相沉积获得的Ti-B-N薄膜的微观组织结构和力学性能.结果表明:B的加入使Ti-B-N薄膜中出现TiN纳米晶、BN非晶和TiB2非晶(nc-TiN/a-BN/a-TiB2)的复相结构.Ti-B-N薄膜组织致密,晶粒细小,薄膜硬度显著提高.用球盘式磨损实验考察了薄膜的摩擦学特性.与TiN相比,Ti-B-N薄膜抗磨损性能有显著提高,磨损机制为微观切削与疲劳磨损共同作用,但摩擦系数较TiN稍高.     

激光化学气相沉积(LCVD)制取TiN薄膜

研究了在W18Cr4V高速钢基体上，用CO2连续激光诱导化学气相沉积TiN薄膜的工艺方法。激光功能600W，在H2、N2、TiCl4反应系统中沉积出TiN薄膜，薄膜的颜色呈金黄色，显微硬度为2500HV。