高硬度、低应力类金刚石薄膜的制备及其摩擦学行为

采用直流磁控溅射金属Al和C石墨组合靶,在单晶硅和不锈钢基底上成功制备出含Al的非氢类金刚石a-C（Al）薄膜。采用XPS、Raman、纳米压痕仪和摩擦磨损试验机等手段分析和研究了a-C（Al）薄膜的结构、力学以及摩擦磨损性能。结构表征显示,引入到类金刚石碳膜中的金属以原子或纳米团簇的形式存在,且一定程度上促进碳网络中sp2杂化键的形成。力学性能测试表明,a-C（Al）薄膜获得较低内应力同时,仍具有高硬度特性。摩擦学性能表明,a-C（Al）薄膜干摩擦时其摩擦系数约为0.07,磨损率仅为4.6×10–16 m3 N-1 m-1左右。良好的综合力学性能以及致密、连续的石墨化碳转移膜是a-C（Al）碳膜获得较好摩擦、磨损性能的关键因素。     

发动机挺柱沉积类金刚石薄膜的工艺及性能

采用磁控溅射法,以Cr、Ti和石墨为靶材,Ar、N2和CH4为溅射气体,在材料为20CrMo的发动机挺柱上利用多层梯度复合技术沉积了低摩擦类金刚石(DLC)薄膜复合层CrTi/CrTiN/CrTiC/DLC。该薄膜复合层的纳米压痕硬度高达13GPa,结合力为50N,表面粗糙度为0.398nm。在SRV-IV微动摩擦磨损试验机上进行耐磨损试验后,DLC复合薄膜挺柱的磨损率为渗碳挺柱的1/6。该研究技术具有自主知识产权,实现了挺柱批量化覆膜加工,并有望在发动机主要摩擦副上推广应用。     

类金刚石薄膜在模拟体液中的电化学阻抗

利用双放电腔微波等离子体源全方位离子注入设备,分别采用等离子体增强化学气相沉积技术、等离子体源离子注入和等离子体增强化学气相沉积复合技术两种工艺对医用3161,不锈钢进行类会刚石薄膜表面改性。利用电化学阻抗谱法考察了两种工艺制备的类金刚石薄膜在模拟体液中的抗腐蚀性能。结果表明：与采用等离子体增强化学气相沉积技术制备的类金刚石薄膜相比,在72h的浸泡时间内,采用等离子体源离子注入和等离子体增强化学气相沉积复合技术制备的类金刚石薄膜防腐蚀性能明显增高,腐蚀阻抗较高,碳注入层可有效抑制溶液渗入薄膜和基体之间的界面,起到了腐蚀防护层的作用。动电位极化测试表明：采用复合技术制备的类金刚石薄膜在模拟体液中的腐蚀倾向性更低,钝态稳定性更好。     

CVD金刚石薄膜的制备方法及应用

对现在的化学气相沉积金刚石薄膜的方法和金刚石薄膜在器件中的应用进行介绍和评论。     

砷化镓上生长金刚石薄膜的研究

以CH4和H2为气源,用微波辅助等离子体装置,在10.0 mm×7.0 mm的砷化镓基底上沉积了CVD金刚石薄膜,用扫描电子显微镜观察沉积效果,拉曼光谱表征沉积质量,分析薄膜附着力与砷化镓材料性能的关系。结果表明,当基体温度为600℃,气压为5 kPa,甲烷浓度为2.0%时,在砷化镓片表面上沉积出了CVD金刚石薄膜,晶粒尺寸均匀,晶形完整、规则,晶界非常清晰。     

类金刚石膜的结构与性能研究

用激光Ｒａｍａｎ谱和ＸＲＤ谱对用直流－射频等离子体化学气相沉积法制备的类金刚石膜的结构进行了分析，并研究了工艺参数对膜的沉积速率，内应力和直流电阻率的影响，结果表明，类金刚石膜是由ｓｐ＾２和ｓｐ＾３键组成的非晶态碳膜，当负偏压高于３００Ｖ时，膜中ｓｐ＾３／ｓｐ＾２键的比值随负偏压的升高而降低，类金刚膜的沉积速率与负偏压Ｖｂ的成正比，膜内存在１～４．７ＧＰａ的压应力，随负偏压的升高而降低，膜的电阻率     

类金刚石膜结构的红外分析

采用直流－射频等离子化学气相沉积方法制备出类金刚石薄膜,用Ｆｏｕｒｉｅｒ秀昨吸收谱对类金刚石膜的结构进行了研究,类金刚石膜中大部分碳原子以ｓｐ＾３组态存在,结合在膜中的氮原子与碳原子之间可形成ｓｐ＾３Ｃ－ＣＨ２,ｓｐ＾３Ｃ－ＣＨ３和ｓｐ＾２Ｃ－ＣＨ２基,其含量以ｓｐ＾３Ｃ－ＣＨ２,增加Ａｒ气分压与提高极板负偏压对类金刚石膜结构产生的影响,是相似的,增大极板负偏压或Ａｒ气的含量将减小类金刚石膜中ｓｐ     

液相沉积类金刚石膜的结构与性能研究

探讨了液相沉积法制备类金刚石的新工艺,并采用XPS,Raman光谱和SEM等对所得膜的结构进行表征,证实所得的是类金刚石膜。液相沉积得到的类金刚石膜与钛合金基材之间具有较强的结合强度,并具有较低的摩擦系数和一定的耐磨损能力。     

医用不锈钢表面沉积类金刚石薄膜的电化学腐蚀性能研究

医用316L不锈钢植入物植入体内后,体内环境可导致其产生腐蚀和Ni离子的析出。利用双放电腔微波等离子体源全方位离子注入设备,采用等离子体源离子注入(plasmasourceionimplantation,PSII)和等离子体增强化学气相沉积(plasmaenhancedchemicalvapordeposi tion,PECVD)复合工艺在医用316L不锈钢表面沉积类金刚石薄膜,进行表面改性,以提高其在模拟体液环境中的腐蚀阻抗。扫描电子显微镜和原子力显微镜观察发现,薄膜由纳米粒子构成,膜层连续光滑。电化学腐蚀测试表明:采用PSII+PECVD复合工艺制备的类金刚石薄膜与316L不锈钢改性体系在(37±1)℃的Troyde’s模拟体液中的自腐蚀电位约为120mV,体系的击穿电位超过1.9V,与基体316L不锈钢相比,其热力学稳定性与抗腐蚀性能得到增强,改性效果优于单独的PECVD工艺。     

MPCVD法制备金刚石薄膜工艺研究

金刚石作为一种碳单质,是石墨、富勒烯及碳纳米管等的同素异形体。凭借其特殊的晶体结构,具有极低摩擦系数、热膨胀系数及极高硬度、导热性能、禁带宽度、声音传播速度等物理性能。文章综述了MPCVD法制备金刚石薄膜的机理及各表征方法的原理和用途,论述了MPCVD法制备金刚石薄膜工艺的研究进展,分别分析了气压、微波功率、气体流动方式、基体温度及氮掺杂等因素对沉积金刚石薄膜质量的影响。以上工艺参数对金刚石薄膜性能具有一定影响,在生产过程中需选择最佳参数以制备出质量较好的薄膜。最后论述了金刚石薄膜在生物医学领域的应用前景及目前亟待解决的技术难题。在钛合金表面涂覆一层金刚石薄膜可赋予钛合金高硬度、耐磨蚀等性能,且其具有良好的生物相容性,在生物医学领域将具有广阔的应用市场,但由于膜层内应力较大使得金刚石薄膜与基体结合较差,这也是目前亟待解决的问题。     

CVD金刚石薄膜与硬质合金的结合力的改善途径

化学气相沉积金刚石涂层硬质合金工具综合了金刚石和硬质合金的优异性能,可广泛应用于难加工材料的切削、电子工业等诸多领域.制造金刚石薄膜涂层工具的关键在于增强金刚石膜与硬质合金基体间的结合力.文章综述了增强化学气相沉积金刚石膜与硬质合金基体结合力的多种措施.     

利用甲烷/氢微波等离子体CVD工艺在纯钛基底上沉积纳米金刚石薄膜

与微米金刚石薄膜不同，纳米金刚石薄膜表面平滑。因此，在摩擦学应用领域中，纳米金刚石薄膜是最理想的。表研究利用CH4／H2微波等离子体CVD工艺在纯钛上沉积出纳米金刚石薄膜和微米金刚石薄膜。采用的沉积条件为：沉积温度约为1173K；沉积压力为8．0kPa；CH4浓度在0．5mol％和5mol％之间变化；沉积时间则从4h到12h不等。金刚石薄膜表面用扫描电镜（SEM）观察。在激光拉曼光谱中，微米金刚石薄膜在1332cm^-1处有sp^3键碳的锐峰。1140cm^-1附近的光谱带与纳米金刚石薄膜的特征有关。并用X射线衍射对金刚石薄膜进行了分析。X射线衍射花样证实，纳米金刚石薄膜存在（111）面和（220）面。金刚石薄膜的表面粗糙度随着CH4浓度的增加而减小。但是，甲烷浓度在2mol％与5mol％之间变化时，金刚石薄膜的表面粗糙度接近50nm。据证实，CH4浓度在2mol％和5mol％之间，利用CH4／H2微波等离子体CVD工艺可以沉积出纳米金刚石薄膜。     

MPCVD制备金刚石薄膜的工艺研究

金刚石薄膜具有诸多优异的性能,在精密加工、半导体、散热器件、光电学等方面具有许多应用,不过现代制备金刚石薄膜的工艺依然存在沉积的速率慢、品质差等问题。简述金刚石薄膜的制备原理和制备机理,探究MPCVD制备金刚石薄膜的原理,通过近年来科研人员的研究成果来分析金刚石薄膜的制备工艺对其沉积速率和品质等方面产生的影响。其中,主要分析形核方式、CH₄/H₂比、Ar掺杂、沉积温度、沉积气压等工艺参数的差异对金刚石薄膜制备过程中活性基团的种类和浓度产生的影响。     

类金刚石薄膜热稳定性及热磨损机理研究进展

类金刚石(DLC)薄膜作为典型的固体润滑剂,耐热性差一直是制约其高温服役性能以及产业化推进的主要原因之一。高温将直接影响DLC碳基骨架稳定性,进而限制其优异摩擦学性能的发挥。分别从DLC热稳定性影响因素、热稳定性研究方法以及热磨损机理研究进展3个方面展开介绍,分析未来的发展趋势,以期为DLC高温环境下服役性能研究提供技术参考。     

类金刚石和硅氮类薄膜在人工关节表面的摩擦学性能

类金刚石(DLC)和Si–N薄膜都是具有两性分子特性的超硬薄膜,从薄膜的机械强度、摩擦系数、表面能态等方面分析了两类薄膜作为生物机械膜层的性能。Si–N薄膜在与胎牛血清模拟体液环境接触时,表面张力相对于DLC薄膜小,表现出极强的亲水性。Co合金被覆DLC和Si–N薄膜能使显微硬度分别提高7倍及3倍。DLC薄膜的被覆显著提高了钴合金的显微硬度,但在胎牛血清(FBS)中与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)的摩擦磨损实验中,摩擦系数变化不大;钴合金被覆Si–N薄膜后在FBS中对磨UHMWPE摩擦系数低至0.02,Si–N薄膜有望成为新型的生物机械保护膜层。     

PECVD类金刚石涂层的结构及其摩擦腐蚀行为

采用等离子体增强化学气相沉积技术(PECVD)在316L不锈钢上制备类金刚石(DLC)涂层,系统地研究了所制备类金刚石涂层的表面形貌与结构、不同载荷下的摩擦磨损行为以及NaCl溶液(3.5 wt%)中不同腐蚀时间下的腐蚀行为。研究结果表明：制备的DLC涂层是由sp³键和sp²键杂化形成的非晶碳结构,其中sp²-C含量大于sp³-C,具有典型的类金刚石碳特征;DLC涂层结构致密,表面平滑,粗糙度仅为Ra=12.1 nm,能够与316L不锈钢基体结合紧密;DLC涂层的接触角为59.44°,说明涂层表现出一定的润湿性;摩擦磨损测试结果表明DLC涂层具有良好的润滑效果,摩擦系数能低至0.07～0.16,磨损率低至(3.85～6.71)×10^-7 mm³/(N·m);电化学测试得到DLC涂层自腐蚀电流密度为6.72×10^-6 A·cm^-2,阻抗模值高达7.05×10⁴Ω·cm^-2...     

氧离子注人对金刚石薄膜微结构和力学性能的影响

采用扫描电镜（SEM）、Raman光谱和纳米压痕法研究了氧离子注入对低硼掺杂金刚石薄膜微结构和力学性能的影响。结果表明,薄膜中注入较高剂量的氧离子并退火后,晶粒尺寸减小。氧离子注入导致薄膜中金刚石含量减小;1000℃退火后,薄膜中金刚石含量增加为99．8％。氧离子注入后,薄膜中的内应力由拉应力转变为压应力;退火后,薄膜内应力再转变为柱应力。氧离子注入后的金刚石薄膜的硬度较注入前的薄膜硬度有所降低,但其硬度仍然大于40GPa并具有良好的弹性恢复率。薄膜的力学性能与薄膜中的金刚石含量、晶粒尺寸和应力值有直接关系。     

类金刚石膜的性能、制备及其应用

类金刚石膜是无定形碳中含sp3键的亚稳态结构.由于它的组成、光学透过率、硬度、折射率和在化学腐蚀剂中的惰性以及抗摩擦性能十分相似于金刚石,其应用领域不断被拓宽,因此对类金刚石的研究也日益成为热点.本文介绍了类金刚石的性能、制备类金刚石膜的物理气相沉积和化学气相沉积方法,概括了类金刚石膜在机械、电磁学、光学、医学以及其它领域的应用,最后指出了类金刚石膜的研究现状及其发展趋势.     

金刚石晶体和薄膜在基底边缘的生长特性

利用热解化学汽相沉积技术在硅基底的边缘生长出优异的金刚石晶体和薄膜。研究表明：金刚石晶粒在基底边缘的成核密度和生长率比基底表面的大得多，品质更好。但金刚石晶粒的边棱与基底边棱不一致。边核上的金刚石薄膜，虽然与基底表面的薄膜一样粗糙不平，由于薄膜的边棱变得平缓，二次成核的密度及其生长速率却更小。因此边缘上的薄膜更薄。