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。     

金刚石薄膜缺陷的激光拉曼光谱分析

本文分析了不同基板温度下在单晶硅衬底上沉积的金刚石薄膜的激光拉曼光谱特征。根据这些拉曼光谱的特点,讨论了金刚石膜中存在的几种缺陷,如内应力、SP~2态碳等。此外,对金刚石膜作光荧光分析表明,金刚石膜还存在点缺陷,如中性空缺,其零声子线(ZPL)位于1.677eV处。     

金刚石(膜)的拉曼光谱表征技术进展

本文较全面地介绍了金刚石(膜)拉曼光谱中各主要拉曼峰的位置、特点及光致发光现象,重点对1150 cm-1附近拉曼峰产生的原因进行了讨论.通过对前人数据、结论的分析,指出1150 cm-1附近的散射峰和紫外拉曼光谱中T峰出现的机理应是一致的,都源于有序尺寸的减少.根据共振尺寸选择效应,1150 cm-1附近的拉曼峰,可能是紫外拉曼光谱中的T峰在可见光谱中向高波数移动的结果;而不同方法制备的金刚石膜样品其晶粒尺寸差异造成的振动模禁止,是不同研究者对1150 cm-1附近拉曼峰作为纳米晶金刚石的特征峰争论的原因所在.     

生物医用类金刚石薄膜的力学性能评价

用射频等离子体增强化学气相沉积在钛合金表面制备类金刚石薄膜,利用原子力显微镜、纳米力学探针、划痕仪、滑动摩擦和微动摩擦等研究了涂层的表面形貌和力学性能。结果表明：随涂层厚度的增加,表面粗糙度先增后降,最后趋于稳定,硬度和划痕临界载荷提高,室温空气条件下的滑动摩擦系数减小;对于确定的膜厚,随相对湿度增加,摩擦系数降低,这有利于其在体液环境中的应用。     

掺硅类金刚石薄膜的制备与表征

利用射频等离子增强化学气相沉积(R.F.PECVD)与非平衡磁控溅射相结合的技术,通过调节甲烷与氩气的比例,在不锈钢基底上制备了一系列硅含量不同的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜.通过XPS谱图获得了各Si-DLC薄膜的化学组成及Si元素的相对含量.采用非接触式三维轮廓仪测量了薄膜的表面形貌、粗糙度和厚度.采用纳米压痕技术获得了各薄膜的纳米硬度.在UMT-2MT摩擦试验机采用划痕法评价了各薄膜的结合强度,并在CSM摩擦试验机上考察了各薄膜在空气及水环境下的摩擦学性能.结果表明,各薄膜的纳米硬度和结合强度有相似的变化规律,其最佳值均出现在CH4/Ar=5/6处;而当CH4/Ar=7/6时,薄膜在水环境下的摩擦学性能能得到显著提高,摩擦因数仅为0.012.     

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...     

脉冲激光沉积类金刚石薄膜涂层研究

利用ＹＡＧ脉冲激光器的３５５ｎｍ和５３２ｎｍ波长制备类金刚石薄膜，采用电极放电法来激发激光等离子体出射簇，发现可较好地提高薄膜的红外透过率；薄膜的红外吸收谱中没有Ｃ－Ｈ吸收带，具有较好的金刚石特性；薄膜可作为红外光学元件和有机小型机械的耐磨涂层。     

钛掺杂无氢类金刚石薄膜疏水性能研究

采用MEVVA离子源复合磁控溅射沉积系统,在钛合金Ti6Al4V基体上制备Ti掺杂DLC薄膜,研究Ti掺杂对DLC薄膜疏水性能的影响。通过X射线能谱仪（EDS）、X射线光电子谱（XPS）、原子力显微镜（AFM）分别对薄膜的组分、化学键以及表面形貌进行分析;通过测量静态接触角分析薄膜的润湿性并计算薄膜的表面能。结果表明：Ti掺杂DLC膜明显提高疏水性能,水接触角最高达到105°。薄膜中sp2C杂化键组分增加以及表面形成Ti-O键,是导致薄膜表面能降低的重要因素     

含氢掺硅类金刚石薄膜的制备及性能表征

采用磁控溅射和离子源复合沉积技术,在Si片、模具钢和硬质合金上制备了均匀致密的含氢掺硅类金刚石薄膜.先用正交法优化含氢类金刚石薄膜的制备工艺,然后通过控制中频碳化硅靶的功率密度向含氢类金刚石膜层中成功掺人Si元素.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、硬度计、划痕仪和摩擦磨损试验机等手段测试和研究了膜层的形貌、成分、sp3和sp2含量及其性能.结果表明:优化后含氢类金刚石薄膜的制备工艺为:30 mL/min甲烷流量,100 V偏压,0.8A离子源电流;所制备的含氢掺硅类金刚石薄膜是非晶结构,膜厚2.20 μm,膜、基结合力为30 N,膜层硬度达到2039 HV.含氢掺硅类金刚石薄膜的摩擦因数受环境湿度变化很小,可应用于精密传动部件提高其使用精度.     

SiC靶功率密度对无氢掺硅类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用直流磁控溅射石墨靶、中频磁控溅射碳化硅靶以及离子源辅助的复合沉积技术,制备出膜层质量优异、摩擦因数和磨损率较低的具有不同Si含量的无氢掺硅类金刚石薄膜。使用XPS、拉曼光谱仪、台阶仪、纳米硬度计、SEM、EDS以及球盘式摩擦磨损试验仪测试并表征薄膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能。研究表明,该技术能够成功制备出无氢掺硅类金刚石薄膜;随着SiC靶功率密度的增加,薄膜中Si的含量和sp3键的含量逐渐增加,其纳米硬度和弹性模量先增大后减小,摩擦因数由0.277降低至0.066,但其磨损率从6.29×10-11 mm3/Nm增加至1.45×10-9 mm3/Nm;当SiC靶功率密度为1.37W/cm2时,薄膜的纳米硬度与弹性模量分别达到最大值16.82GPa和250.2GPa。     

退火处理对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响

目的研究退火处理对DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响,并讨论它们之间的相互关系。方法采用平板空心阴极等离子体增强化学气相沉积系统,以C2H2和Ar作为反应气源制备DLC薄膜,将DLC薄膜在大气环境中进行不同温度的退火处理。采用扫描电子显微镜、Raman光谱仪及金相显微镜、薄膜应力测试仪及球-盘摩擦实验仪等,对退火处理前后的DLC薄膜结构、应力及摩擦学性能等进行测试分析。结果在较低温度(?≤300℃)下退火,随退火温度的增加,薄膜中sp3-C的相对含量缓慢减少,结构没有发生明显的变化,内应力降低,薄膜的摩擦系数变化趋势相同,且随退火温度的增加,摩擦系数达到平稳的趋势发生得更早。在400℃退火温度下,DLC薄膜的结构发生了明显的改变,且表面发生了一定的氧化,初始摩擦系数较高,随摩擦时间的延长,薄膜的摩擦系数降低,同时稳定后的摩擦系数(～0.16)较低温退火的DLC薄膜高。在450℃退火温度下,DLC薄膜结构发生了明显的改变,并出现了严重的氧化,摩擦学性能严重恶化并迅速失效。结论退火温度的选择对DLC薄膜的结构及摩擦学性能具有重要影响。     

钛镍合金上制备类金刚石薄膜的性能研究

Ti-Ni形状记忆合金是目前唯一用作生物医学材料的形状记忆合金.它的主要缺点是不具有生物活性,会对机体造成不利影响.DLC膜以其优异的生物相容性、抗腐蚀性及化学稳定性倍受关注.利用脉冲真空电弧离子镀技术镀制DLC膜改善Ti-Ni合金的表面性能.对DLC膜的表面形貌、显微硬度、摩擦系数、耐磨性能及耐腐蚀性能进行了测试.结果表明:用脉冲真空电弧离子镀技术制备的DLC膜膜层表面形貌较好、硬度高、摩擦系数小、耐磨及耐腐蚀性能良好.     

类金刚石膜的物理特性及应用

类金刚石膜(DLC)是由无定形碳和金刚石相混合组成的碳材料,类金刚石膜具备许多优异的性能,包括高耐磨性、低摩擦系数、热稳定性、红外透光性、高电阻、低介电常数及生物相容性,使其适合许多领域的应用,因此,引起了人们极大兴趣.现在已经应用到很多领域.总结了DLC在机械、电子、光学和医学等领域的应用状况以及存在的问题.     

类金刚石碳膜的研究进展

从类金刚石碳膜作为耐磨薄膜的角度出发，综述了近年来类金刚石碳膜(DLC)结构、沉积技术、沉积机理和性能方面的相关研究进展。介绍了DLC的相结构、过滤阴极真空弧(FCVA)、类金刚石碳膜的沉积机理及主要工艺影响因素，同时指出了存在的问题及研究发展趋势。     

不同掺杂对类金刚石薄膜的影响

目的研究单掺Si和共掺Ag、Si对类金刚石薄膜的结构、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响。方法以高纯石墨靶、石墨与金属复合靶、Si靶作为靶材,采用射频增强磁控溅射技术制备不同掺杂种类的薄膜。通过XPS、拉曼光谱仪对薄膜的化学组成和结构进行分析,通过纳米压痕仪、摩擦磨损试验机、电化学工作站等,对薄膜的力学性能、摩擦学性能及耐腐蚀性能进行了系统研究。结果 Si元素单掺DLC会引起薄膜中sp~3C含量增加。Ag、Si共掺DLC后,由于Ag以金属相分布在薄膜中,并促进sp~2相的形成,导致sp~3C含量降低。掺杂元素后的DLC薄膜,硬度下降,但韧性提高,其中Ag、Si共掺的DLC薄膜的弹性恢复系数达到79%。此外,Ag、Si共掺DLC薄膜在多种气氛(Ar、O_2、N_2)中都具有优异的摩擦学性能,磨损寿命均超过30 min,其中在N_2气中的摩擦系数最低(0.1),并在NaCl溶液中的腐蚀电流密度比304不锈钢基体降低了近2个数量级,具有良好的耐腐蚀性。结论 Si与Ag共掺DLC薄膜较Si单掺薄膜具有更好的摩擦环境适应性和耐腐蚀性能。     

水分子诱导类金刚石薄膜表面的变化

利用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(DLC)薄膜,并将其分别浸泡在经磁场处理和未经磁场处理的去离子水中。利用X射线光电子能谱仪、原位纳米力学测试系统和高速摩擦磨损测试仪分析和比较在水和磁化水中浸泡后DLC薄膜表面的变化情况。结果表明:磁场作用将改变经过DLC薄膜表面微孔或缺陷渗进薄膜内的水分子个数,进而诱导DLC薄膜表面发生变化。在含水环境中,比如液体水中,水分子参与反应并诱导C=C键朝向C-C或C-H键转化,并且氢原子将进入薄膜内中和膜内自由基,进而导致其硬度,摩擦因数升高。     

类金刚石膜的性质和制备及应用

介绍了类金刚石膜的性能、制备方法以及应用.类金刚石膜(DLC)是由sp3键组态的碳和sp2键组态的碳混合组成的碳材料,由于具有与金刚石膜(DF)相似的性能--优异的光学特性、机械特性、电学特性和化学特性,同时现行制备方法(化学气相沉积,物理气相沉积等)相对容易实现,并且其产品已经应用到光学、医学、机械、电子等多个领域,因此引起人们极大兴趣.     

真空阴极弧离子镀类金刚石碳膜Raman光谱研究

分别采用带有和不带有弯曲弧磁过滤器的真空阴极弧离子镀方法,在不同镀膜电流以及不同基片偏流下分别制备了类金刚石碳膜,对比了不同结构下类金刚石碳膜的Raman光谱特点对其Raman光谱的D峰和G峰采用Gaussian-Lorentzion的几率分布进行了分峰,并着重讨论了基片偏流、弯曲磁场等沉积参数对膜结构的影响结果表明,氩分压对膜结构影响不大,较大的偏流以及弯曲磁场的加入均有利于sp^3杂化碳键的形成。     

硼掺杂DLC薄膜在海水环境中的腐蚀磨损性能

目的 研究硼（B）掺杂对类金刚石（DLC）薄膜在人工海水介质中耐腐蚀性能和摩擦磨损性能的影响。方法 利用非平衡磁控溅射的方法,通过控制碳化硼靶材和石墨靶材电流,在304不锈钢基底表面沉积了一种无掺杂DLC薄膜和两种不同B含量的DLC薄膜（B的原子数分数分别为7.23%、13.27%）。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪、纳米压痕仪、划痕仪、摩擦实验机对薄膜的化学成分、显微结构、纳米硬度、结合力及摩擦性能进行研究。通过测试薄膜在人工海水介质中的静态极化曲线和交流阻抗谱以及监测薄膜在摩擦前后和摩擦过程中的开路电位变化,来研究薄膜在人工海水中的摩擦学和耐腐蚀性能。结果 与未掺杂的DLC薄膜相比,掺杂B原子数分数为7.23%的DLC薄膜的硬度和弹性模量变化不明显,但ID/IG增大,与基底的结合力增大到36 N（无掺杂DLC薄膜为20 N）,自腐蚀电位升高,自腐蚀电流密度减小,极化电阻增大,并且在人工海水介质中的摩擦系数降低了10.7%,磨损量降低了37.0%,开路电位大幅升高。掺杂B原子数分数为13.27%的DLC薄膜的摩擦学及耐蚀性能则大幅度下降。结论 在DLC薄膜中掺杂适量的B有助于提高DLC薄膜在人工海水介质中的耐腐蚀性能和磨蚀性能。