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.     

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。     

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。     

不同掺氮量的类金刚石薄膜的微观结构及其性能研究

采用激光拉曼光谱、轮廓仪、色差仪、微纳米力学综合测试系统、摩擦磨损试验机等设备,对霍尔等离子体源辅助中频非平衡磁控溅射制备的不同掺氮量的类金刚石薄膜的微观结构及其宏观性能进行了研究.结果表明,随着氩气/氮气流量比的增加,薄膜中的sp3含量出现极大值,极大值两侧对应着不同的微观机制.同时,薄膜的沉积速率逐渐降低,硬度与弹性模量呈现出先增大后减小.薄膜的颜色主要是黑色并随着氮气含量的增加薄膜反射率在红光波段增强.     

射频负偏压对沉积类金刚石薄膜结构和性能的影响

在不同的射频负偏压作用下,利用微波电子回旋共振(ECR)等离子体源化学气相沉积技术在单晶硅表面进行制备类金刚石薄膜研究.利用傅立叶变换红外吸收光谱(FTIR)和原子力显微镜(ARM)对薄膜的结构成分和形貌进行了分析表征,同时对所制备的薄膜摩擦系数进行了测试.结果表明:所制备的薄膜具有典型的含H类金刚石结构特征,薄膜结构致密均匀、表面粗糙度小.随着负偏压的增大,红外光谱中2800 cm-1～3000 cm-1波段的C-H伸缩振动吸收峰的强度先升高后降低,在射频功率为50 W时达到最大,所对应的薄膜摩擦系数是先降低再升高,在射频功率为50 W时达到最小.     

PECVD法制备类金刚石薄膜的结构和摩擦学性能研究

采用射频一直流等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅衬底上沉积了类金刚石薄膜。用激光拉曼光谱仪和原子力显微镜对薄膜的结构和表面形貌进行了表征，并用纳米压痕仪测定了薄膜的硬度。用UMT微摩擦磨损试验机考察了薄膜在不同的滑行速度下薄膜的摩擦学性能。结果表明：所沉积的薄膜具有典型类金刚石薄膜的结构特征，薄膜表面光滑致密，硬度较高；薄膜与氧化铝陶瓷球对磨显示出良好的摩擦学性能，随着滑行速度的增加，薄膜的摩擦系数单调降低，但磨损寿命先增加后降低。     

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。     

γ射线辐照对类金刚石薄膜结构与特性的影响

用射频等离子体方法在玻璃基底上制备了类金刚石薄膜。分析了γ射线辐照类金刚石薄膜（以下简称ＤＬＣ薄膜）的结构与特性改变。采用Ｒａｍａｎ及红外光谱进行结构分析表明：随辐照剂量的增加，在膜中出现ＳＰ３Ｃ—Ｈ及 ＳＰ２Ｃ—Ｈ 键的断裂与减少，ＳＰ３Ｃ—Ｃ键的略微增加．当辐照剂量达 １０ ×１０４Ｇｙ时，ＳＰ３Ｃ—Ｈ键减少约５０％，与此同时，出现膜中氢的重新键合，并从中释出。γ射线辐照使ＤＬＣ薄膜的电阻率呈上升趋势，膜的类金刚石特征更加明显，结构得到改善。本文对γ射线对ＤＬＣ薄膜的辐照机制进行了简要的讨论。     

非平衡磁控溅射类金刚石薄膜的特性

非平衡磁控溅射(UBMS)结合了普通磁控溅射(MS)和离子束辅助沉积的优势,易于实现离子镀,近年来得到了广泛的应用.采用该技术制备的类金刚石薄膜(DLC)具有许多独特的性质.本文研究了非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜的光学、机械,电学和化学性能.研究表明,非平衡磁控溅射制备的DLC膜具有较宽的光谱透明区,且表面光滑、摩擦系数小、耐磨损、抗化学腐蚀,同时具有较高的电阻率和良好的稳定性.     

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。     

氟化类金刚石膜结构、性能及应用

氟化类金刚石膜是基于传统类金刚石膜的基础上发展起来的一种改性材料,该膜具有许多良好的性能,包括疏水性能、电学性能、光学性能、机械性能、热稳定性以及生物相容性,因此引起了人们的极大关注.本文介绍了氟化类金刚石膜的结构、性能、应用领域和发展趋势.     

直流负偏压对类金刚石薄膜结构和性能的影响

利用直流-射频-等离子体增强化学气相沉积技术在单晶硅表面制备了类金刚石薄膜，采用原子力显微镜、Raman光谱、X射线光电子能谱、红外光谱、表面轮廓仪和纳米压痕仪考察了直流负偏压对类金刚石薄膜表面形貌、微观结构、沉积速率和硬度等性能的影响。结果表明：无直流负偏压条件下，薄膜呈现有机类聚合结构，具有较低的SP3含量和硬度；叠加上直流负偏压后，薄膜具有典型的类金刚石结构特征，SP3含量和硬度得到了显著的提高；但随着直流负偏压的升高，薄膜的沉积速率和H含量逐渐降低，而SP3含量和硬度在直流负偏压为200V时出现最大值，此后逐渐降低。     

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.     

电沉析条件对钛合金表面液相沉积类金刚石薄膜的影响

在钛合金表面沉积类金刚石膜能改进钛合金的生物相容性，拓展其在人体植入材料中的应用。探讨了用液相电解沉积法在钛合金表面制备类金刚石薄膜的新方法。讨论了不同沉积条件对膜的影响。在1650和1850V时可以得到坚固的棕色膜。沉积36h后，膜厚基本不变。沉积膜的Raman谱图表明，在1650和1850V沉积得到的是类金刚石薄膜，而在2000V时无法得到类金刚石薄膜。对膜的XPS分析表明，其主要成份是碳。XPS谱还表明在1650V时得到的膜可以将钛合金表面完全覆盖，而在1850V时则不能。以SEM分析表明在1650和1850V时得到的膜是由粒径约为400nm的小颗粒组成，而在2000V时得到只是疏松结构。并对类金刚石膜及钛合金的血液相容性进行了比较。     

316不锈钢表面沉积厚类金刚石膜层的性能研究

采用脉冲辉光放电等离子体气相沉积法在316不锈钢表面沉积膜层较厚的类金刚石膜层。利用拉曼光谱仪(Raman)、X射线光电子能谱仪(XPS)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、光学显微镜、显微硬度计和摩擦磨损实验机分别对膜层组成和微观结构及机械性能进行了表征。研究发现,通过脉冲辉光放电等离子体气相沉积法,在316不锈钢表面制备的类金刚石膜层光滑致密;Raman分析得到的ID/IG和IT/IG比值分别为0.72和0.22;FT-IR分析可知膜层含有较多的CHx组成的sp3键;摩擦磨损试验得到膜层的摩擦系数低至0.100,XPS分析膜层sp3含量高达60.7%和光学显微镜测量膜层的厚度达到7mm。由此可知沉积类金刚石膜层后,可以显著地改善316不锈钢表面的机械性能。     

类金刚石膜的性能、制备与应用(一)

类金刚石（DLC）膜是一种含有大量sp^3的亚稳态非晶碳薄膜。本文简要地介绍了DLC膜的形成原理、制备方法、发展现状，及其在机械、电子、光学、声学、生物医学等领域的应用与存在的问题。     

类金刚石膜的性能、制备与应用(二)

类金刚石（DLC）膜是一种含有大量sp^3的亚稳态非晶碳薄膜。本文简要地介绍了DLC膜的形成原理、制备方法、发展现状,及其在机械、电子、光学、声学、生物医学等领域的应用与存在的问题。     

等离子体化学气相沉积类金刚石碳膜的特性及应用

类金刚石（DLC）膜是含有sp^3杂化态的亚稳态非晶碳膜，是具有极高的硬度、化学稳定性和光学透明性的半导体材料。这篇综述介绍了用等离子体化学气相沉积DLC膜的沉积方法、所制备薄膜的特性及应用，最后展望了DLC膜的发展趋势。     

衬底负偏压对线性离子束DLC膜微结构和物性的影响

采用一种新型线性离子束PVD技术制备出大面积类金刚石薄膜(DLC膜),研究了衬底负偏压对薄膜微结构和物性的影响.结果表明:制备出的类金刚石薄膜在300 mm×100 mm范围内纵向厚度均方差约10-12 nm,横向薄膜厚度均方差约2-4 nm.随着衬底偏压的提高,薄膜中sp~3键的含量先增加后减小,在衬底偏压为-100 V时sp~3键的含量最大;DLC膜的残余应力、硬度和弹性模量与sp~3键的含量呈近似线性的关系,在衬底偏压为-100 V时其最大值分别为3.1 GPa、26 GPa和230 GPa.DLC薄膜的摩擦学性能与薄膜中sp~3碳杂化键的含量密切相关,但是受衬底偏压的影响不大,其摩擦系数大多小于0.25.偏压对磨损的影响很大,在偏压比较低(0～-200 V)时,薄膜的磨损率约为10~(-8)mm~3/N·m,偏压升高到300 V磨损率急剧提高到10~(-7)mm~3/N·m.     

激光辐照对类金刚石薄膜改性及损伤研究

介绍了激光损伤的检测及损伤阈值的测量方法.讨论激光辐照对类金刚石结构和性质的影响规律.并论述不同工作参数的激光对类金刚石薄膜的激光破坏行为及其损伤阈值.在此基础上分析类金刚石薄膜激光损伤的机理.还从物理特性及制备技术方面着手,比较分析金刚石及类金刚石薄膜各自的优缺点和实际应用状况,并提出类金刚石薄膜的应用前景和有待进一步研究的问题.