用PECVD工艺制备功能装饰氧化硅薄膜的性能

用PECVD技术制备氧化硅薄膜,研究了生成样品的位置对薄膜成分、结构和性能的影响,探讨了制备兼具高透光性和耐刮擦性的功能装饰氧化硅薄膜的方法。结果表明,在阳极位置生成的薄膜具有Si(CH3)nO有机氧化硅结构,在380~780 nm波长范围内透光率高达90%~98%,但是薄膜的结构疏松,硬度仅为2 GPa。提高制备温度可使薄膜硬度提高至6 GPa,但是透光率略有降低;在阴极位置生成的薄膜具有无机氧化硅复合非晶碳结构,薄膜结构致密,硬度可达15 GPa,但是在380~780 nm波长范围内透光性差;增加O2反应气体可促使碳与氧反应生成二氧化碳,非晶碳结构消失,薄膜透光率提高到99%,但是硬度降低到9 GPa。     

退火温度对金属催化四面体非晶碳转变为石墨烯过程的影响

设计了金属催化剂Ni/四面体非晶碳(ta-C)/基底三层结构,使用磁过滤阴极真空电弧设备制备了ta-C薄膜,用电子束蒸镀技术制备Ni薄膜,并对其进行快速热处理调控非晶碳转变石墨烯的过程,重点研究了热处理温度对石墨烯生长的影响。结果表明,沉积态的ta-C和Ni层均表面平整、均匀致密,其中Ni薄膜呈(111)晶面择优取向生长,为石墨烯的高质量生长提供了条件。同时,退火温度显著影响了非晶碳的石墨烯转变,当退火温度高于400℃时Ni表面能生成多层石墨烯,在500℃保温15 min可制备出质量较高的多层石墨烯。     

自组织梯度分层结构金属掺杂类金刚石薄膜的制备及其性能研究北大核心CSCD

金属掺杂是降低类金刚石薄膜(DLC)内应力、提高其机械性能的一种有效方法。通常,金属掺杂类金刚石薄膜(Me-DLC)为均匀的纳米复合结构,但在一定条件下,会形成特殊的自组织分层结构。为了研究不同金属掺杂种类对自组织分层结构和薄膜性能的影响,本文筛选了两种典型的掺杂金属元素Cu和Cr,采用磁控溅射与阳极层离子源复合系统制备了Cu-DLC和Cr-DLC薄膜,同时使用等离子体发射光谱仪检测了沉积过程中金属粒子密度变化;通过能谱仪、辉光放电光谱仪、透射电镜、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪等表征了薄膜成分和微结构;采用纳米压痕仪与摩擦磨损试验机考察了薄膜的力学和摩擦学性能。结果表明,在靶中毒模式下,溅射出的金属粒子密度逐渐降低,导致薄膜形成了自组织梯度分层结构,即膜基界面处为富金属层,表面为富碳层,沿膜基界面到表面金属含量从13%(原子比)以上逐渐降低至1%以下。Cu-DLC和CrDLC薄膜相似的表面碳键结构和力学性能,并且在干摩擦以及油润滑条件下分别表现出相似的摩擦学行为。以上研究表明自组织梯度分层结构的形成降低了金属种类对Me-DLC薄膜结构和性能的影响。     

磁控溅射-热处理两步法制备Cr_2AlC涂层及力学性能

Cr_2AlC属于三元层状化合物MAX相,其兼具金属和陶瓷的综合性能,如金属的导热、导电、可加工性,陶瓷的抗氧化、耐腐蚀等性能。利用直流磁控溅射技术和后续退火工艺在高速钢基体上制备了Cr_2AlC涂层,采用XRD、SEM等研究了气体流量及热处理工艺对涂层成分和物相组成的影响。结果表明:气体流量和退火温度对Cr_2AlC相的形成至关重要,气体流量比过大和退火温度过高均不利于Cr_2AlC的形成。不同气体流量下沉积态涂层主要由Cr-C化合物、非晶或者纳米晶等组成,均没有发现Cr_2AlC相;涂层经750℃退火后不同气体流量比涂层均有一定量Cr_2AlC相形成;且Cr_2AlC相形成的温度范围随CH_4/Ar气体流量比增加而变窄。含Cr_2AlC MAX相涂层的硬度为10.6~17.6GPa,弹性模量为255.3~323.4GPa。     

橡胶/类金刚石复合材料界面结合及摩擦性能研究进展

综述了橡胶表面沉积DLC薄膜的主要制备技术,包括磁控溅射法和等离子体化学气相沉积法。概括了橡胶/DLC复合材料的表面形貌特性,尤其是温差对表面斑块结构的影响机制。重点介绍了X切割法、划痕法及拉伸法为主的橡胶/DLC复合材料界面结合力的评估方法,分析了基体表面等离子体处理、添加过渡层及异质元素掺杂DLC薄膜对提升橡胶与DLC薄膜结合力的影响。此外,以刚性球为摩擦配副,阐述了橡胶/DLC复合材料的摩擦性能测试方法。基于橡胶的黏弹特性,探讨了橡胶/DLC复合材料的摩擦行为,并归纳了Maxwell模型、Voigt模型、双Voigt模型和SLS模型的特点和局限性。最后,围绕目前橡胶表面DLC薄膜耐磨改性工作中存在的问题和挑战,探讨和展望了未来的研究方向。     

复合高功率脉冲磁控溅射放电等离子体特性

高功率脉冲磁控溅射具有高的金属离化率,在薄膜制备表现出巨大的优势,成为当前磁控溅射技术领域一个新的发展趋势。高功率脉冲磁控溅射的放电特性、等离子体特性等微观参数对薄膜质量控制具有决定性作用,分析宏观参数如何影响微观参数,有利于提高薄膜质量,稳定工艺。因此,本文研究了脉冲与直流电源并联模式的复合高功率脉冲磁控溅射过程中,脉冲电压(400~800 V)对Ti、Cr靶在Ar气氛中的放电特性、等离子体参数(等离子体电势、电子温度、电子密度)、基体电流的影响。结果表明:复合高功率脉冲磁控溅射Ti、Cr靶放电过程中,脉冲电压的增加有利于脉冲作用期间的靶电压、靶电流、基体电流增加;当Ti靶脉冲电压为600 V或Cr靶脉冲电压为700 V时,电子密度出现较大值。Cr靶与Ti靶放电相比,前者的靶电流、基体电流、等离子体电势、电子温度比后者更高,而电子密度却更低。     

不同过渡层对DLC薄膜力学性能和摩擦学性能的影响

薄膜与基体间的界面结合性能是决定薄膜性能发挥的关键要素。针对类金刚石薄膜(DLC)在硬质合金上结合力差的问题,采用线性阳极离子束复合磁控溅射技术在硬质合金YG8基体上设计制备了单层W过渡层、WC过渡层、双层W过渡层和三层W过渡层4种不同W过渡层的DLC薄膜,探讨了不同过渡层对DLC薄膜力学和摩擦学性能的影响。结果表明:不同过渡层结构的DLC薄膜结构致密,界面柱状生长随着层数增加及过渡层厚度的降低而打断,有利于改善薄膜的韧性。当为三层W过渡层时,DLC薄膜的断裂韧性达到最大值6.44 MPa·m1/2;与单层W过渡层相比,薄膜硬度有小幅下降,但薄膜内应力降低了55%,且膜/基匹配性更佳,结合强度高达85N,此时薄膜具有较低的摩擦因数和磨损率,表现出比较优异的抗磨减摩性能。     

电弧离子镀氧化铬涂层的组织结构及硬度

采用电弧离子镀方法在不锈钢基体上沉积Cr2O3薄膜，研究了氧流量和脉冲偏压对薄膜相结构、沉积速率、表面形貌、薄膜硬度的影响。结果表明，氧流量和脉冲偏压对薄膜的相结构有较大的影响，在氧流量为130cm^3／s、脉冲偏压为-100V时，出现Cr2O3{001}面择优取向；氧流量增高，脉冲偏压增大时，薄膜的表面形貌得到改善；在脉冲偏压为-200V、氧流量为130cmf^3／s时，可获得符合Cr2O3化学计量比的薄膜，其硬度达到36GPa。     

质子交换膜燃料电池金属双极板改性碳基涂层技术研究进展

对比了碳基涂层改性金属极板、未涂覆的金属极板和传统石墨极板性能的优劣,阐述了碳基涂层在优化金属极板导电耐蚀性能方面取得的最新成果,以及在质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cells, PEMFCs)环境长期运行后,碳基涂层出现性能失效及寿命受限等问题。通过分析影响碳基涂层性能的因素,指出由于非晶碳材料设计、微观结构等对其性能影响规律的系统化研究不足,导致非晶碳涂层/金属极板损伤及退化机理不明确。重点阐述了国内外关于PEMFCs金属极板改性碳基涂层材料技术的研究进展,包括调控本征碳基涂层(a-C)微观形貌优化涂层性能;采用理论计算与实验相结合的方法制备金属掺杂碳基涂层(a-C:Me),解决涂层与特定金属基体间粘附性差、压应力高等问题;设计多层结构碳基涂层以减少贯穿性缺陷。探讨了几类涂层失效机制,并对金属极板改性用碳基涂层技术进行了展望。     

直流反应磁控溅射CrNX功能装饰涂层的研究

采用反应磁控溅射制备不同氮气流量下的CrNX膜,观察薄膜颜色的变化,采用球盘式摩擦磨损仪、台阶仪、金相显微镜测试薄膜的耐磨性能,并采用X射线衍射技术、场发射扫描电镜观测薄膜的相成份以及微观形貌.研究结果表明,随着氮气含量的增加,薄膜颜色由银灰色逐渐过渡为深灰色,薄膜相结构由单相Cr2N转变为Cr2N和CrN混合相继而转变为单相CrN,当氮气流量为20 cm3·min-1以及30 cm3·min-1时薄膜表现出良好的耐磨性.采用高氮气流量的工艺镀中间层,低氮气流量的工艺镀表面层,复合薄膜的耐磨性大幅度提高,同时能够获得美观的银灰色外观.