钽掺杂含量对类金刚石薄膜力学性能及生物相容性的影响

目的 探索钽(Ta)掺杂类金刚石(DLC)薄膜的结构转变规律,并提升其力学性能、摩擦性能及生物相容性能。方法 采用非平衡性磁控溅射镀膜技术,在0~0.5 kW功率下,制备了不同Ta掺杂含量的DLC薄膜。对其微观形貌、组织成分、摩擦性能、力学性能以及生物相容性进行了详细表征。结果 钽的掺入提升了碳的沉积速率,导致薄膜厚度增加,薄膜中sp³-C含量随Ta掺杂量的增加先升高后降低。在Ta-0.2 kW及以上的DLC薄膜中出现了TaC晶体和Ta—Ta纳米团簇,这导致薄膜表面粗糙度先增后减。与未掺杂的DLC薄膜相比,掺杂Ta的DLC薄膜的膜基结合力从10 N提高到25 N,断裂韧性从0.6 MPa.m^1/2提高到1.6 MPa.m^1/2以上,干摩擦因数从0.45降低到0.1~0.15,湿摩擦因数0.35降低至约0.1,干摩擦磨损率从4 500× 10⁻⁶ mm³/(N.m)降低至7×10⁻⁶ mm³/(N.m)以下,湿摩擦磨损率更是降低到1×10⁻⁶ mm³/(N.m)。但掺杂Ta的DLC薄膜的弹性模量有所降低,润湿性也略有下降,硬度并没有太大改变。此外,掺杂Ta的薄膜还表现出了良好的诱导羟基磷灰石形成能力,生成的羟基磷灰石层的钙磷原子比(Ca/P)介于1.4~1.65,接近人体的Ca/P比例,并且无论掺杂还是未掺杂的薄膜均未显示出细胞毒性。结论 钽的掺入显著提升了DLC薄膜的膜基结合力、断裂韧性、摩擦磨损性能和促进羟基磷灰石形成能力。因此,这种薄膜具有作为生物保护层应用于植入体表面的潜力。在Ta-0.4 kW时,Ta-DLC薄膜展现出了最佳的综合性能。     

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。     

类金刚石涂层的厚度对生物医用NiTi合金力学性能和腐蚀行为的影响(英文)

采用电弧增强磁控溅射技术在生物医用NiTi合金表面沉积253~1880nm厚的类金刚石涂层。用轮廓仪、划擦仪、摩擦磨损仪和电化学工作站等检测涂层的力学性能和腐蚀行为。结果发现,厚度在700~1000nm之间的涂层具有较低的残余应力、较高的膜基结合力、长的磨损寿命和良好的耐腐蚀性。因此,更适合于作为生物医用NiTi合金的保护性涂层,同时也对NiTi合金表面类金刚石涂层的厚度对其力学性能和腐蚀行为的影响机制进行探讨。     

类金刚石薄膜的摩擦学特性研究进展

类金刚石薄膜(DLC)具有优良的摩擦磨损性能,但是DLC薄膜的摩擦学特性强烈依赖于制备技术、摩擦接触点的表面化学状态和物理状态,因此进一步提高类金刚石薄膜的摩擦学特性是目前的热门研究方向之一.在综合分析了近年来该领域研究的基础上,总结了影响DLC薄膜摩擦学性能的因素,并分析了各个因素的影响机理,以期找出一些规律为适应类...     

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。     

类金刚石薄膜硬度的研究

采用脉冲真空电弧离子源镀制了类金刚石薄膜,研究了影响类金刚石薄膜硬度的各种因素,包括:基片温度、主回路电压、清洗时间、膜层厚度和脉冲频率等,分析了各种镀制参数对薄膜硬度的影响机理,找出了最佳镀制工艺参数.     

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。     

类金刚石薄膜的摩擦性能及其应用

首先从成键结构的角度分析了DLC薄膜摩擦性能的由来,然后分别从DLC薄膜的沉积工艺(包括制备方法、气源种类和掺杂元素)、摩擦环境条件和基底材料选择等三方面入手,讨论了影响DLC薄膜摩擦性能的主要因素及其影响规律。经过总结发现,通过调节DLC薄膜的沉积工艺可以改变DLC薄膜中sp~2杂化碳的含量以及氢的含量,进而影响DLC薄膜的摩擦性能;真空、惰性气体和低湿环境有利于获得更好的摩擦效果;过渡层和偏压有利于提高DLC薄膜与基底之间的附着力,其摩擦性能也会得到提升。最后对DLC薄膜在机械加工及耐磨器件、光学和电子保护以及生物医学领域的应用进行了综述,并对应用过程中存在的两大问题——DLC薄膜的内应力和热稳定性进行了分析,归纳了一些具体的解决方案,并对DLC薄膜的发展趋势进行了展望。     

液相电沉积类金刚石薄膜的研究进展

概括介绍了液相电沉积技术的基本方法及原理,重点从3个方面介绍了电化学方法制备类金刚石薄膜的研究情况,并简要分析了其反应机理,最后对液相电沉积技术的发展前景进行了展望.     

功能梯度类金刚石薄膜的脉冲激光制备

长期以来,高质量的纯类金刚石薄膜的成功制备一直受其巨大内部压应力的阻碍,因为这种压力应力导致严重的附着问题。厚度大于５００ｎｍ的类金刚石薄膜中压应力常使薄膜与基体剥离。作者采用功能梯度的设计概念,应用准分子脉冲激光沉积方法,成功制备了厚度超过１．０μｍ的高质量类金刚石薄膜。薄膜中的ＳＰ＾３碳原子含量超过６０％。纳米硬度测试表明,薄膜的弹性模量高达５００ＧＰａ,纳米硬度高达６０ＧＰａ,薄膜与基体间附     

Effects of Diamond-like Carbon Coatings with Different Thickness on Mechanical Properties and Corrosion Behavior of Biomedical NiTi Alloy

采用电弧增强磁控溅射技术在生物医用NiTi合金表面沉积253～1880 nm厚的类金刚石涂层.用轮廓仪、划擦仪、摩擦磨损仪和电化学工作站等检测涂层的力学性能和腐蚀行为.结果发现,厚度在700～1000 nm之间的涂层具有较低的残余应力、较高的膜基结合力、长的磨损寿命和良好的耐腐蚀性.因此,更适合于作为生物医用NiTi合金的保护性涂层,同时也对NiTi合金表面类金刚石涂层的厚度对其力学性能和腐蚀行为的影响机制进行探讨.     

类金刚石碳膜的摩擦学性能及摩擦机制

类金刚石碳膜作为低摩擦系数的固体润滑耐磨层越来越受到重视,但其摩擦学行为强烈地依赖于试验条件和膜的本质,而膜的本质又依赖于制备工艺。本文概述了不同工艺方法制备的类金刚石碳膜的摩擦学性能,介绍了气氛、湿度、载荷及滑动速度等试验条件对其摩擦学行为的影响,对提出的不同摩擦机理进行了总结和讨论。     

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.     

Graphite-like and Diamond-like Carbon Coatings with Exceptional Tribological Properties

THE PHYSICAL DEMANDS on engineeringcomponents are continually increasing whilstenvironmental controls on the use of lubricants becomemore and more restrictive.This has led to increasingdemand for high load bearing,solid lubricant coatingsthat enable engineered surfaces to rub against oneanother with reduced friction and wear.One of themost promising candidate coatings is diamond-likecarbon,DLC.However,the term DLC is used to describe a broadrange of carbon-based coatings that includes…     

碳纳米管-银复合材料力学性能研究

采用粉末冶金方法制备碳纳米管-银复合材料，研究了碳纳米管的含量对碳纳米管-银复合材料的硬度、抗弯强度影响。实验表明：当碳纳米管的含量小于11％时，复合材料的密度、硬度较好，碳纳米管起到了增强作用；当碳纳米管的含量大于11％时，由于碳纳米管的团聚，导致复合材料密度、硬度迅速下降；由于碳纳米管和银的弱界面结合，以及碳纳米管在拉应力条件下载荷传递的效力比在压应力时低，使得碳纳米管对复合材料抗弯强度的增加不明显。     

400 MPa碳素钢筋组织与力学性能研究

对采用不同控轧工艺试验生产的碳素钢筋的力学性能和组织进行对比研究，发现通过降低开轧温度和轧制速度及轧制过程强穿水冷却，使钢的铁素体晶粒明显细化，屈服强度达到400MPa以上，屈强比小于0．80。     

低碳锰钢魏氏组织的形成及力学性能

研究了低碳锰钢魏氏组织形成规律。在奥氏体化温度为９００～１３００℃，以适当速度冷却，可产生魏氏组织。说明魏氏组织并非过热标志。在同一奥氏体化温度下，有魏氏组织的试样韧度高于无魏氏组织的，魏氏组织的针状铁素体对强韧性有利。     

过滤式阴极电弧沉积类金刚石薄膜的性能分析

成功地研制了一套过滤式阴极电弧沉积设备,并利用该设备成功获得了类金刚石薄膜。类金刚石薄膜的扫描电镜分析表明：获得的薄膜在硅基片上是光滑和致密的,在Ｔｉ合金基片上有裂纹,高速钢基片上有微孔。原子力显微镜分析表明：膜层的表面粗糙度与沉积参数密切相关。喇曼光谱研究表明,这种薄膜是典型的无氢类金刚石薄膜,喇曼光谱的高斯分解表明：随着偏压的变化,Ｄ线和Ｇ线的位置μＤ、μＧ向低频移动,半高宽σＤ减小。