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.     

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。     

辅助气体组成对类金刚石薄膜结构和性能的影响

分别以氩气-甲烷、氩气-乙炔为辅助气体,高纯石墨为靶材,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术制备了类金刚石薄膜.采用Raman光谱、X射线光电子能谱、纳米压痕测试仪、原子力显微镜对所制备类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌进行了分析.Raman光谱和X射线光电子能谱测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜中sp3杂化键的含量比以氩气-乙炔为辅助气体制备的类金刚石薄膜的高.纳米压痕测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的纳米硬度比以氩气-乙炔为辅助气体的高.原子力显微镜测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度比以氩气-乙炔为辅助气体的低.以上结果说明辅助气体组成对类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌有较大的影响.     

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。     

基体温度对磁控溅射沉积ZAO薄膜性能的影响

利用中频交流磁控溅射方法 ,采用氧化锌铝陶瓷靶材 [w(ZnO) =98%、w(Al2 O3 ) =2 % ]制备了ZAO(ZnO∶Al)薄膜 ,观察了基体温度对ZAO薄膜的晶体结构、电学和光学性能的影响 ,采用X射线衍射仪对薄膜的结构进行了分析 ,采用光学分度计和电阻测试仪测量了薄膜的光学、电学特性 ,采用霍尔测试仪测量了薄膜的载流子浓度和霍尔迁移率。结果表明 :沉积薄膜时的基体温度对薄膜的结构、结晶状况、可见光透射率以及导电性有较大的影响。当基体温度为 2 5 0℃ ,Ar分压为 0 8Pa时 ,薄膜的最低电阻率为 4 6× 10 -4Ω·cm ,方块电阻为 35Ω时 ,可见光 (λ =5 5 0nm)透射率高达 92 0 %。     

非平衡磁控溅射类金刚石薄膜的激光损伤过程研究

类金刚石薄膜是一种很好的红外窗口表面增透保护材料,随着对其抗激光损伤特性研究的不断深入,越来越多的研究者都将研究的重点放在了如何提高其激光损伤阈值上。然而,不同沉积方法制备的薄膜由于其微观结构存在的差异,必然会导致破坏的过程有所不同。本文采用非平衡磁控溅射技术沉积的薄膜,对其损伤过程进行了深入的研究。结果表明：在不同的激光能量下,DLC薄膜出现不同的损伤形态,而这些与薄膜的缺陷、内应力以及薄膜与衬底的结合力密切相关。     

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。     

基体温度对中频磁控溅射制备的氧化锌镓薄膜性能的影响

利用中频磁控溅射方法,溅射Ga2O3含量为5.7 wt.%的氧化锌镓陶瓷靶材,在不同的基体温度下制备了ZGO薄膜。研究了基体温度对ZGO薄膜的晶体结构、电学和光学性能的影响。结果表明:基体温度对薄膜的晶体结构、近红外反射率和透射率曲线以及薄膜的导电性能有较大影响。当基体温度为400℃,溅射功率密度为2.93 W/cm2,氩气压力为0.5 Pa时,薄膜的电阻率低达4.5×10-4Ω.cm,方块电阻为13Ω,平均可见光(λ=400 nm~800 nm)透射率高于90%。     

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.     

MAO层厚度对MAO/DLC复合膜层力学性能与摩擦学特性的影响

借助直流脉冲微弧氧化(MAO)电源,采用恒压模式在AZ80镁合金表面制备四种不同厚度MgO陶瓷层,并以此为基,采用离子束复合磁控溅射技术沉积类金刚石碳(DLC)膜,对比研究了四种膜层体系(MAO-1min/DLC、MAO-3min/DLC、MAO-5min/DLC及MAO-10min/DLC)的表面结构特征、力学性能以及摩擦学性能差异。结果表明:随MAO层厚度增加,复合膜层表面微孔的孔径增大,表面粗糙度增加,且表层DLC膜具有颗粒特征,表现为MAO-3min/DLC及MAO-10min/DLC复合膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,且在磨损过程中对应的摩擦系数与磨痕宽度较小,其抗磨损性能优异;各复合膜层体系在磨损过程中摩擦系数均有波动,产生高温氧化,磨痕表面形成了Fe的转移层;MAO层可提高基体对DLC膜的支撑强度,表层DLC膜对磨损界面具有的润滑作用是复合膜层改善镁基体抗磨损性能之原因所在。     

不同技术制备DLC膜的激光损伤特性研究

随着高能量大功率激光器的发展和激光元件的广泛应用,用于红外窗口表面增透保护的类金刚石薄膜(DLC)的抗激光损伤特性成为评价薄膜质量优劣的一个重要指标。然而,不同的制备方法和技术沉积的DLC薄膜具有各异的微观结构,从而具有不同的抗激光损伤特性。本文采用脉冲真空电弧(PVAD)和非平衡磁控溅射(UBMS)技术沉积了DLC膜,对两种DLC膜抗激光损伤特性进行了研究,测试结果表明,两种技术沉积的DLC薄膜激光损伤阈值分别0.6 J/cm2和0.3 J/cm2,PVAD技术比UBMS技术沉积的DLC薄膜具有更高的抗激光损伤阈值。基于实验研究了薄膜光学常数和表面形态,分析了两种技术制备DLC膜激光损伤特性差异的主要原因。结果表明,采用UBMS技术沉积的DLC膜具有较小的折射率和较大的消光系数,薄膜表面存在较多的疵病和缺陷,这些是其激光损伤阈值较低的主要原因。     

联合载荷下无裂纹DLC薄膜的内应力有限元分析

本文用有限元分析的方法,对受法向和切向联合载荷作用下的无裂纹类金刚石(DLC)薄膜系统内部应力进行了模拟计算,分析了不同摩擦系数和膜厚比对于内部应力的影响,数值模拟结果表明:较大的摩擦系数可以使得界面处剪切应力和Mises等效应力以及y轴Mises等效应力显著增大,而对于界面处的y向压应力影响不是很大。在一定的范围内(0相似文献   

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。     

类金刚石薄膜光学特性的椭偏法研究

本文采用脉冲电弧离子镀的方法,在p型硅上沉积类金刚石薄膜,用椭偏法测试薄膜的光学常数.根据沉积方法的特点,建立一个四层结构的膜系,并由每一层的吸收情况合理选择色散关系;结合透过率的测试结果,利用光度法给测出薄膜折射率和厚度的估计值,作为椭偏法拟合的初值,拟合效果良好,得到薄膜的折射率、消光系数和几何厚度.     

基片温度对射频磁控溅射碲化铋薄膜微结构和表面形貌的影响

碲化铋材料是目前已知的室温下性能优异的热电材料之一。本文利用射频磁控溅射在不同基片温度下制备了碲化铋薄膜。研究发现,基片温度对薄膜的微结构和表面形貌影响显著。随着温度的提高,薄膜内晶粒尺寸都不同程度地增加。基片温度100℃以上碲化铋薄膜为Bi2Te3相为主的多晶结构,并具有良好的c轴择优取向,形成了六角层状结构。基片温度250℃时薄膜转变为BiTe相,并在表面生成Te长条状颗粒。应力分析表明碲化铋薄膜与Si(100)基片之间的残余应力受温度影响明显。     

类金刚石薄膜的激光损伤特性测试与分析

使用脉宽12ns，波长1064nm调Q Nd：YAG激光器对真空阴极电弧沉积（VCAD）法制备的类金刚石薄膜进行抗激光损伤测试，结果表明，VCAD法镀制的薄膜抗激光损伤阈值为0．6J／cm^2。通过对热冲击效应的数值计算，得到了光斑中心的温度场和薄膜表面的应力场分布。研究表明，热应力在类金刚石薄膜的破坏过程中起主导作用，脉冲电弧沉积的DIE薄膜的激光损伤主要源于应力破坏。     

微波ECR等离子体特性及其对DLC膜性能的影响

为了解并优化在微波ECR等离子体增强化学气相沉积制备类金刚石膜工艺研究中的等离子体特性，利用朗缪尔探针法系统地测量了等离子体密度(Ne)、电子温度(Te)随工作气压(p)变化的关系。DLC膜的结构和性能依赖于沉积条件，提高等离子体密度有利于DLC膜的生长。本文示出了不同的CH4流量时，DLC膜的拉曼光谱和表面均方根粗糙度Rmax变化曲线，阐述了等离子体密度Ne、电子温度Te对DLC膜结构和性能的影响。     

掺氮类金刚石薄膜的制备与性能研究

利用空心阴极放电在玻璃基底表面沉积掺氮类金刚石(DLc)薄膜.拉曼光谱(Raman)分析表明,所制备的碳膜具有典型的类金刚石结构.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜表面形貌和粗糙度;利用摩擦磨损仪测量膜的摩擦磨损性能.结果表明,氮的掺入使得薄膜中颗粒致密平整,改变了薄膜的表面微观形貌,进而改善了薄膜的摩擦磨损性能.     

退火对铪掺杂类金刚石薄膜结构和力学性能的影响

退火可以改善材料的微结构,增加其韧性和释放其内应力。采用双靶共溅技术制备了铪掺杂类金刚石薄膜（HfDLC）样品,并对样品进行了不同温度的退火处理,研究了薄膜退火前后的形貌、键合结构和硬度和摩擦性能等的变化。结果表明,Hf-DLC薄膜中Hf与C形成纳米晶HfC;在250℃条件下退火,薄膜仍比较稳定;300℃退火后,薄膜结构开始发生变化,表面颗粒增大、变得粗糙;退火温度达到350℃以上,薄膜的结晶性变好,HfC结构增加。薄膜的硬度随着退火温度的增加先略有减小而后增加,薄膜与基体间的结合得到改善,这是由于薄膜的结构随退火温度发生改变所致。