硬质合金刀具上的类金刚石薄膜硬度的研究

采用射频辉光等离子体法制备了类金刚石薄膜,研究了影响类金刚石薄膜硬度的各种因素,包括:极板间距、甲烷浓度、射频功率和膜层厚度等,分析了各种生长参数对类金刚石薄膜硬度的影响机理,找出了最佳的生长参数。     

类金刚石膜的性能及其在模具上的应用

分析了物理气相沉积（PVD）技术制备的类金刚石膜和掺杂金属的类金刚石膜的性能，并介绍了类金刚石膜在模具上的应用情况。     

单源低能离子束辅助沉积类金刚石薄膜结构及性能研究

用单源低能氩离子束辅助沉积（ＩＢＡＤ）法制备了非晶碳薄膜．氩离子能量为４００－１５００ｅＶ．膜面光滑致密，与衬底的结合力较高。用Ｒａｍａｎ，ＦＴＩＲ，ＨＲＴＥＭ，ＴＥＤ，ＳＥＭ，ＥＲＤ及ＲＢＳ研究了薄膜的形貌、结构和组分，测量了膜的电阻率、显微硬度及摩擦系数．薄膜为无定形的类金刚石（ＤＬＣ）．其中含氢约为２０５ａｔ．－％，碳原子与氢原子几乎没有形成Ｃ－Ｈ键．随着离子束能量及束流的增加，显微硬度、摩擦系数增加，电阻率减小．硬度增加是由于薄膜致密度的增加，而电阻率降低是由于膜中金刚石键（ｓｐ~３键）含量减少的缘故．     

316L不锈钢表面沉积类金刚石膜的拉曼光谱分析及润湿性研究

采用等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法,在316L不锈钢基体表面以不同的沉积气压和射频功率制备出类金刚石(DLC)薄膜.拉曼光谱分析结果表明:所沉积的DLC膜具有典型的类金刚石膜结构,薄膜中sp#键含量随工艺参数的不同而不同,射频功率100 W时,sp#键含量随沉积气压增高而降低.接触角测试结果表明:DLC膜沉积...     

美国西南研究院（SwRI）等离子全方位离子镀膜技术（PIID）研究及实际应用

文中介绍了美国西南研究院（SouthwestResearch Institute -SwRI）等离子全方位离子镀膜技术（PIID）的最新研究成果。SwRI在等离子表面工程领域为实际应用开发了一些新的技术,PIID 技术为其中的一种。近几年来,SwRI关注的重点是类金刚石（DLC）涂层的高速率沉积,超厚 DLC 涂层,提高耐磨性耐腐蚀性,憎水 DLC 涂层和长管道内表面的镀膜技术。与传统的辉光（PGD）放电技术不同,SwRI基于空心阴极放电（HCD）等离子技术研发了一套独特的镀膜技术。文中讨论了 HCD 技术的原理,使用 HCD 和PGD 技术制备 DLC 的实验结果及这两项技术的实际应用,最后对于 DLC 研究的未来展望进行了探讨。     

直流等离子体CVD金刚石薄膜微观结构分析

采用直流等离子体CVD法制备了金刚石膜，利用X射线衍射、光学显微镜、扫描电镜、激光拉曼光谱等技术研究了金刚石膜的微观组织，晶粒择优取向生长过程。结果表明：开始形核时，晶粒随机无择优生长；对基体表面氢刻蚀预处理，有利于晶胚形核长大。甲烷浓度对金刚石膜晶粒择优取向生长有重要影响：甲烷浓度较低时，金刚石膜（100）面择优生长，形成以（111）为主的八面体晶体，并且可以制取中心和边缘均匀、高质量光学级自支撑金刚石膜，但生长速率慢，效率低。同时也发现金刚石膜存在空位、孔洞等缺陷。     

射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积法制备类金刚石碳膜工艺与性能表征

使用射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积技术（简称RFGDPECVD）在玻璃载玻片表面沉积类金刚石薄膜。用原子力显微镜（AFM）、摩擦试验仪、划痕试验机测定了其表面形貌、耐磨性及附着性。采用X射线光电子能谱（XPS）、分光光度计对两种气源（C4H10、C2H2）制备的DLC薄膜微观组成和透光率进行了检测和对比。结果表明：DLC薄膜的表面光滑、平整,表面粗糙度随沉积时间的增加单调递增;耐磨性及附着性优良;与C4H10相比使用C2H2作为碳源气体可以得到较高Sp^3含量和较低Sp^1含量的DLC膜;C2H2制备DLC薄膜的透光率低于C4H10;同一种碳源气体,反应流量比例越小,则DLC薄膜的透光性越好。     

高质量金刚石自支撑膜织构与断裂强度的关系研究

利用直流电弧等离子体喷射化学气相沉积在Mo基体上制备了不同织构的金刚石厚膜。用扫描电境(SEM)观察金刚石膜的形貌，用XRD表征晶体取向，用极图和取向分布函数法计算金刚石膜的不同织构，利用三点弯曲法测量金刚石膜的断裂强度。结果表明，金刚石膜的断裂强度随着衍射峰强度比值，I(111)／I(220)的增大而不断降低。{110}织构的金刚石膜具有最高的断裂强度。     

高品质金刚石膜微波等离子体CVD技术的发展现状

金刚石膜拥有许多优异的性能。在制备金刚石膜的各种方法之中,高功率微波等离子体化学气相沉积（MPCVD）法因其产生的等离子体密度高,同时金刚石膜沉积过程的可控性和洁净性好,因而一直是制备高品质金刚石膜的首选方法。在世界范围内,美、英、德、日、法等先进国家均已掌握了以高功率MPCVD法沉积高品质金刚石膜的技术。但在我国国内,高功率MPCVD装备落后一直是困扰我国高品质金刚石膜制备技术发展的主要障碍．首先综述国际上高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术的发展现状,包括各种高功率MPCVD装置的特点。其后,回顾了我国金刚石膜MPCVD技术的发展历史,并介绍北京科技大学近年来在发展高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术方面取得的新进展。     

用直流等离子体辅助CVD法大面积沉积金刚石厚膜

采用两种改进的直流（DC）等离子体辅助化学气相沉积片，沉积了直径达100mm的金刚石厚膜，一种方法是采用多阴极的几何构造，另一种是采用单个大阴极几何构造，在采用第一种方法的情况下，我们采用了7个阴极的阵列，其温度维持在高于2100℃，以阻止碳沉积在阴极上，每个阴极与一个独立的直流电源相连，电源提供的电压和电流对每个阴极而言分别是在500－700伏和3－5安的范围，沉积时腔室压力为100乇，用这种方法形成的散射辉光非常稳定，足以用于生长厚度大于1mm的金刚石膜，在采用第二种方法时，我们使用单个大阴极，其温度大约为1100℃，在此温度下，也可避免碳沉积，我们采用的是脉冲电源，没有它，就不能防止电弧的产生，阴极直径是120mm，这使得散射辉光足够大，以至于可在直径100mm的基体上沉积金刚石，同时，也使散射辉光保持在非常稳定的状态，根据甲烷浓度的不同，金刚石厚膜的质量也不一样，颜色在白色到深灰色之间变化，沉积速度变化范围在2μm/h到10μm/h之间。     

高功率等离子磁控溅射法制备含钛类金刚石碳膜(英文)

为了改善类金刚石碳膜的性能,采用高功率等离子磁控溅射法将含钛非晶碳薄膜沉积在304不锈钢基材上,气源为C2H2-Ar混合气体,金属钛为阴极靶材。为了改善附着力和降低残余应力,制备了含Ti/TiC/DLC多层结构的镀膜。利用GDS、XRD、SEM、Raman光谱法、纳米压痕仪和盘-销摩擦计研究基材偏压及基材与靶材的距离对薄膜性能的影响。结果表明,薄膜具有优良的粘合强度和韧性。     

类金刚石薄膜的拉曼光谱研究

利用脉冲碳等离子体源可以直接在Ｓｉ片和Ｇｅ片镀制类金刚石薄膜。被镀制的类金刚石薄膜一般采用激光拉曼光谱仪进行定性分析。实验结果表明：ＳＰ＾３成分含量与ＳＰ＾２成分含量之比,与放电回路的电压有关,在一定电压范围内,随电压的增加,ＳＰ＾３与ＳＰ＾２之比增大,从而选择出镀制类金刚石薄膜的最佳工艺参数。     

类金刚石薄膜表面润湿调控研究综述

表面具有特殊润湿性特别是超疏水性的类金刚石薄膜,可满足在极端服役环境下(比如雨雪、潮湿环境中或者人体组织内)智能界面材料表面改性的需求.概述了类金刚石薄膜的生产工艺和性能优势及制备方法,介绍了具有特殊润湿性,特别是超疏水性的类金刚石薄膜的应用背景,同时提出了类金刚石薄膜表面润湿调控在理论和技术上的限制.在此基础上,阐述了类金刚石薄膜表面本征润湿性及与微观结构(包括杂化状态和短程或中程有序相团簇结构)间的关系.同时,基于经典的Wenzel和Cassie润湿理论,从表面化学组成和粗糙结构两个方面,重点论述了类金刚石薄膜表面润湿调控的方法及研究现状.通过等离子体表面处理、元素掺杂或者化学修饰改变DLC薄膜表面化学组成,实现DLC薄膜表面本征润湿改性.通过基体表面织构化或者薄膜表面形貌控制,构建DLC薄膜表面粗糙结构,控制界面润湿状态.二者共同作用可实现DLC薄膜表面润湿性在超亲水和超疏水之间变化.最后,总结并指出当前类金刚石薄膜表面润湿调控存在的一些关键科学问题,同时展望了未来的发展趋势.     

Modulation of field emission properties of DLC films with the incorporation of nanocrystalline silver nanoparticles by CVD technique

Composite films containing Ag nanoparticles embedded in diamond-like carbon (DLC) matrix were deposited on glass substrates by using capacitively coupled plasma (CCP) r.f. chemical vapour deposition technique (CVD). Amount of silver incorporation was controlled by the amount of argon in the argon and methane mixture in the plasma. Field emission properties of these films are reported here. Films became sp² rich with increased incorporation of silver nanoparticles in the DLC matrix. Field enhancement factor increased significantly for films with higher silver content in the DLC matrix. Work function (?) values obtained from the Fowler-Nordheim model varied between 0.04 and 0.10 eV while the field factor (β) varied between 336 and 2759. The critical field was found to vary between 10 and 100 V/μm.     

Mechanical properties of silicon-doped diamond-like carbon films prepared by pulse-plasma chemical vapor deposition

Silicon-doped diamond-like carbon (Si-DLC) films were prepared by dc pulse-plasma chemical vapor deposition (CVD), using a mixture of acetylene (C₂H₂) and tetramethylsilane (TMS) as the material gas. The pulse voltage was varied from − 2 to − 5 kV, and the TMS flow ratio (TMS/(C₂H₂ + TMS)) was varied from 0 to 40%. At a pulse voltage of − 2 kV, an increase in TMS flow ratio leads to a decrease in hardness. In contrast, at a pulse voltage of − 5 kV, an increase in TMS flow ratio leads to a slight increase in hardness. The high hydrogen concentration in the films due to an increase in TMS flow ratio promotes the formation of polymeric sp³ C―H bonds, resulting in the fabrication of soft films at a low pulse voltage of − 2 kV. However, an increase in the effect of ion peening on the growth face results in the formation of hard films at a high pulse voltage of − 5 kV. Then, at a pulse voltage of − 5 kV fabricating hard Si-DLC films, an increase in TMS flow ratio leads to an increase in the silicon content in the films, resulting in a decrease in the friction coefficient. Therefore, it is clarified that Si-DLC films fabricated by dc pulse-plasma CVD under a high pulse voltage and high TMS flow ratio exhibit high hardness and a low friction coefficient. Moreover, to investigate the friction coefficient of Si-DLC films fabricated by dc pulse-plasma CVD, films deposited by dc plasma CVD were also evaluated. To obtain the same low friction coefficient, dc pulse-plasma CVD requires less TMS than dc plasma CVD. Hence, it is also clarified that Si-DLC films can be fabricated at a low cost by dc pulse-plasma CVD.     

全方位离子注入与沉积类金刚石碳膜的结构与性能

用等离子体浸没离子注入与沉积(PIIID)复合强化新技术在AISI440C不锈钢表面制备了类金刚石(DLC)碳膜。膜层表面的原子力显微镜(AFM)形貌显示出DLC膜结构致密均匀。Raman光谱分析结果表明,制备的DLC主要是由金刚石键(sp3)和石墨键(sp2)组成的混合无定形碳膜,且sp3键含量大于10%。以纯石墨棒做阴极,C2H2为工作气体条件下合成的DLC薄膜中,sp3键含量总体上较单纯用石墨作阴极而无工作气体条件下合成的DLC薄膜中sp3键含量高。与基体相比,薄膜试样的显微硬度和摩擦磨损性能均得到了较大改善,最大硬度提高88.7%,磨损寿命延长超过4倍。     

微观结构对聚偏氟乙烯/炭黑导电复合材料气敏响应性能的影响

制备了一种新型的炭黑(CB)填充聚偏氟乙烯(PVDF)的导电复合传感材料(PVDF/CB),通过研究辉光放电等离子体对PVDF/CB导电复合薄膜的修饰改性,阐明了复合膜微观结构与气敏响应行为的关系.实验结果表明:O2等离子体放电处理改善导电薄膜表面微观结构形态,增强导电薄膜的气敏响应性能,提高响应速度.同时采用FT-I...     

刻蚀工艺对四面体非晶碳膜生长及其性能的影响

目的研究不同等离子体刻蚀工艺对基体和四面体非晶碳膜(ta-C)的影响,并进一步考察不同电弧等离子体刻蚀时间对ta-C薄膜结构的影响。方法采用自主设计研制的45°单弯曲磁过滤阴极真空电弧镀膜设备,进行不同等离子体刻蚀以及ta-C薄膜的沉积。使用等离子体发射光谱仪表征离子种类及其密度,使用椭偏仪表征薄膜厚度,原子力显微镜表征刻蚀后的基体粗糙度,拉曼光谱仪和XPS表征薄膜结构,TEM分析薄膜的膜基界面结构。结果辉光刻蚀工艺中,作用的等离子体离子以低密度的Ar离子为主;而电弧刻蚀时,作用的等离子体离子为高密度的Ar离子和少量的C离子,并且能够在基体表面形成约15 nm的界面层,并实现非晶碳膜(a-C)的预沉积。随电弧等离子体刻蚀时间增加,ta-C薄膜的sp3含量有所降低。结论相比于辉光刻蚀,电弧刻蚀利于制备较厚的ta-C薄膜。这主要是因为电弧刻蚀时,基体表面形成良好的界面混合层,并预沉积了非晶碳膜,形成a-C/ta-C的梯度结构,有助于增强膜基结合力。     

PREPARATION OF IODINE-INCLUDED CARBON USING RF PLASMA CVD

For the aim of synthesis of the carbon-iodine compound, the preparation of iodine-included carbon using RF plasma CVD was studied. Iodine-included carbon was synthesized on Si substrate using ICP type RF plasma CVD apparatus. C2H5OH and I2 dissolved C2H5OH was used as reactant gases. As a result, surface morphologies of Iodine included carbon films showed flat surfaces for each samples. On the structure of films estimated by Raman spectroscopy, amorphous carbon was recognized. And I2 peaks were observed in XPS spectra. As a result of friction test, friction coefficient of the sample growth with C2H5OH showed about 0.45. On the other hand, that of the sample with I2-C2H5OH showed about 0.3 and decrease of friction coefficient was recognized. Iodine inclusion for carbon materials can be achieved by RF plasma CVD using an I2-C2H5OH reactant. The coefficient of iodine-included carbon showed lower than of without iodine.