射频等离子体制备类金刚石薄膜及其表征

采用射频等离子体技术,以CH4和H2为反应气体,在单晶硅片和载玻玻璃片上成功制备出了高质量的类金刚石薄膜．采用扫描电镜、原子力显微镜、Raman光谱、红外光谱、显微硬度计表征了类金刚石薄膜的表面形貌、微观结构、光学性能和复合硬度．结果表明,制备出的类金刚石薄膜表面十分平整光滑,表面粗糙度极低,平均粗糙度Ra为0．492nm;薄膜中含有sp^2,sp^3杂化键,具有典型的类金刚石结构特征;光学透过率比较高,薄膜的复合硬度可以高达507．3kgf／cm^2．     

类金刚石薄膜的折射率研究

利用脉冲真空电弧镀方法在硅基底上沉积类金刚石薄膜，研究薄膜折射率和工艺参数以及折射率与薄膜本征硬度的关系，结果表明：无氢类金刚石薄膜的折射率在2．5～2．7之间；不同的工艺参数可以得到不同折射率的薄膜；通过改变工艺条件来制备不同折射率的薄膜，和不同的基底材料的折射率匹配，使其有一定的机械强度。     

类金刚石薄膜膜基结合强度优化技术研究进展

类金刚石膜是由sp2键合的石墨与sp3键合的金刚石组成的一类碳膜,具备石墨的润滑特性和金刚石的高硬度,在降低摩擦因数、耐磨等方面具有重要应用价值.但薄膜较大的残余应力以及膜基结合问题的存在,限制了其在机械、电子、医学等范围内的普遍应用.国内外研究表明,掺杂元素、生成过渡层、设计多层膜成为有效改善类金刚石薄膜膜基结合强度...     

表面覆盖氮化硼膜的金刚石膜的场发射特性

利用热丝化学气相沉积（HFCVD）方法在Si衬底上生长了4μm厚的金刚石膜,然后利用射频磁控溅射方法在金刚石膜上沉积了100nm厚的六角氮化硼（h—BN）薄膜．在超高真空系统中测试了覆盖氮化硼（BN）薄膜前后金刚石膜的场发射特性,结果表明覆盖BN薄膜后的金刚石膜的场发射特性明显提高,开启电场由14V／μm升到8V／μm．F—N曲线表明,覆盖BN薄膜后的金刚石膜在强电场区域的场增强因子有所降低,这可能归因于场发射点随着电场的增强而改变．     

采用Cu／Ti过渡层沉积金刚石薄膜刀具的界面结构

研究了硬质合金基底上Cu／Ti作过渡层化学气相沉积(CVD)金刚石薄膜的界面特性。利用激光Ra—man谱分析了过渡层不同生长阶段金刚石薄膜的质量的影响。采用SEM、EDS对金刚石薄膜硬质合金刀具横截面的结构进行了研究。结果表明：基体中的Co被Cu／Ti作过渡层有效的抑制住；Cu向基体内的扩散改善了基体的性能，提高了界面层金刚石薄膜的质量；Ti的引入促进了金刚石的形核，减少了界面处晶粒间的空隙，提高了金刚石薄膜与基体表面的实际接触面积。     

脉冲多弧离子镀制备类金刚石薄膜的结构分析

利用脉冲多弧离子镀技术在硅基底上沉积类金刚石薄膜．喇曼光谱和Ｘ 射线衍射分析表明：类金刚石薄膜是无定形结构;利用扫描电镜发现：类金刚石薄膜表面不光滑,石墨颗粒的大小和密度随厚度增加而增加,但薄膜致密．     

降低DLC薄膜应力的方法研究

为了沉积出高硬度、低应力、高膜-基结合强度的类金刚石硬质薄膜,利用脉冲电弧离子镀技术在高速钢基底上制备类金刚石薄膜,采用退火、增加Ti过渡层、Ti离子轰击等方法减小DLC薄膜应力.结果表明:单层DLC薄膜的应力可达7.742 GPa;以Ti为过渡层的DLC薄膜的应力减小为2.027 GPa;对Ti/DLC薄膜进行退火热处理,薄膜应力减小到0.359GPa.利用Ti作过渡层,并且对薄膜进行退火处理,可以使DLC薄膜产生的高应力在Ti层中得到明显减小,提高膜-基结合力,增加硬度.     

YT类硬质合金成形铣刀的金刚石涂层工艺研究

针对YT15硬质合金B212型成形铣刀片,以两种不同的化学方式对硬质合金基体进行预处理,而后采用热丝化学气相沉积的方法在其表面沉积微米级金刚石薄膜.使用扫描电子显微镜观察金刚石薄膜颗粒的大小及均匀度,激光拉曼光谱仪检测金刚石涂层的成分,压痕法检验金刚石涂层刀片的膜-基附着强度,并就不同预处理的基体表面对金刚石薄膜的质量、附着性能的影响进行分析.结果表明,经预处理后的YT类硬质合金表面粗糙度较YG类降低约10%,采用平行布置热丝方式和现有的沉积工艺在YT类硬质合金衬底涂覆的金刚石薄膜均匀性较好,且经酸碱预处理的金刚石薄膜表现出良好的附着力,附着强度介于600~1 000 N,醇碱预处理对衬底表面原有的光洁度损坏较小,有助于细化金刚石晶粒,但膜-基附着强度不高.     

超硬膜膜基体系内应力的有限元分析

应用非线性分析有限元程序ＡＤＩＮＡ的微机板，计算了超硬膜膜基体系内应力的分布规律，发现了沉积薄膜后，界面附近的底材内应力呈“礼帽”形分布，而膜层内应力呈局部的凹凸面；提出了超硬膜膜基体系的失效的两种可能性：薄膜脆性破裂或底材屈服后导致的整体失效。最后应用冲磨实验对相同膜厚的膜基体系在相同载荷下进行了研究，二者结果相当吻合，为进一步研究膜基体系的综合承载能力提供了参考。     

射频磁控溅射制备类金刚石薄膜

采用射频磁控溅射法在Si和Ti合金基体上沉积出类金刚石(DLC)薄膜.利用拉曼光谱仪、划痕仪和扫描电子显微镜分析了DLC薄膜的结构、膜基附着力和表面形貌.结果表明:射频磁控溅射法能够制备出表面平整、结构致密的DLC薄膜;同时基体材料的不同不会影响DLC薄膜的键合结构,Si基体上涂层附着力为30N,Ti基体上膜基结合力大于40 N.     

不锈钢(3Cr13)镀类金刚石薄膜的研究

利用脉冲真空电弧离子镀技术在3Cr13不锈钢基底上制备类金刚石(DLC)薄膜,采用X射线光电子能谱技术分析DLC薄膜中sp3键及sp2键含量和组分.采用显微硬度计测试了薄膜的显微硬度,利用扫描电镜测试了膜的表面形貌.划痕仪测试了薄膜与不锈钢基底的结合强度.结果表明:所镀制的类金刚石薄膜品质优良,类金刚石中sp3键含量较高,sp3/sp2=1.63,具有良好的表面形貌,在不锈钢上沉积DLC膜后明显提高了不锈钢的硬度,Ti过渡层的引入明显的改善了膜与不锈钢之间的结合强度.     

Simulations on various lubrication boundaries between diamond-like carbon films

Molecular dynamics (MD) simulations were used to study a sliding friction process between DLC films on various boundary conditions. The experimental results revealed that, in the absence of a lubricant, a transfer film between the DLC films was formed. In contrast, when the oil or water lubricants were added to lubricate between the DLC films, a boundary lubrication layer was found. The friction forces on the water and oil lubrication were almost the same, but the friction force in the absence of a lubricant was larger than those on the water and oil lubrication. The conclusions were in good agreement with the experiments.     

类金刚石薄膜挺柱的制备与性能

采用磁控溅射的方法,利用氩气和甲烷为气源,在中国第一汽车股份有限公司自主研发的发动机配气机构的挺柱上制备类金刚石(DLC)薄膜。利用摩擦磨损试验机和发动机配气机构试验台架,研究了DLC涂层挺柱的摩擦学行为及其对发动机节能的影响。试验结果表明,在边界润滑条件下,DLC涂层挺柱的摩擦因数比原零件降低67%,抗磨损性能大幅度提高;在实际使用工况下,配气机构的摩擦损失降低6%。DLC涂层零件可以降低发动机摩擦损失,适用于汽车低碳技术路线。     

Preparation and Characterization of DLC Films by Twinned ECR Microwave Plasma Enhanced CVD for Microelectromechanical Systems （MEMS） Applications

Diamond-like carbon ( DLC ) films have recerntly been pursued as the protection of MEMS against their friction and wear. Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique is very attractive to prepare DLC coating for MEMS. This paper describes the preparation of DLC films using twinned electron cyclotron resonance (ECR) microware PECVD process. Raman spectra confirmed the DLC characteristics of the films.Fourier-transform infrared (FT-IR) characterization indicates the carbon is bonded in the form sp^3 and sp^2 with hydrogen partciputiag in bondiag. The surface rougbness of the films is as low as approximately 0.093nm measured with an utomic force microscope. 4 CERT mierotribometer system is employed to obtain information about the scratch resistance ,friction properties, and slidiag wear resistance of the films. The results show the deposited DLC films have low friction and good scratch/wear resistance properties.     

改变过渡层碳靶功率在铜上沉积类金刚石膜的研究

类金刚石膜具有硬度高、 摩擦系数低、 耐腐性强、 稳定性高等优点, 是提高铜耐腐性的理想材料, 但铜 与类金刚石膜之间的结合力差。通过制备T i xC y 过渡层, 采用磁控溅射物理气相沉积与化学气相沉积法, 通过改变 过渡层碳靶功率成功在铜基体上沉积类金刚石膜。并对金刚石膜进行拉曼光谱测试、 划痕实验和电化学实验分析。 结果表明, 所制备碳膜具有典型的类金刚石结构, 膜与基体之间的结合强度大, 过渡层碳靶溅射功率为2 0 0W 时所 制备的类金刚石膜对铜基体的保护作用最好。     

Plasma preparation method and tribological properties of diamond-like carbon coating on magnesium alloy AZ31 substrate

Magnesium alloys are light weight and exhibit good recyclability but suffer from low hardness and wear resistance.In this study,the hardness and wear resistance of AZ31 magnesium alloy were improved by depositing diamond-like carbon(DLC)films as hard protective coatings using ion-beam-enhanced deposition with various CH_4/H_2 ratio,gas flow rates and accelerating voltages.The supporting effect of the magnesium alloy was enhanced by the production of a graded interfacial layer which is composed of film atoms and substrate atoms.The composition and mechanical properties of the DLC coatings were characterized using scanning electron microscopy(SEM),Raman spectroscopy,Rockwell test and nano-indentor.The tribological properties of the coating were also investigated using a frictional surface microscope with an in situ observation system and friction force measurements.The DLC films were characterized by a lower intensity ratio of the D-peak to G-peak(I_D/I_G),higher hardness,and improved tribological properties when deposited at a lower accelerating voltage(6 kV).At the CH_4/H_2 ratio of 1:99 and 6 sccm/6 kV,minimum I_D/I_G values of 0.62,relatively low friction force value of 0.12 N,and a maximum hardness of 4056HV were attained respectively.In addition,the DLC film exhibited improved wear resistance and a shallower wear track at this condition.     

粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能

为了探讨粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能的作用机理,使用SRV微动摩擦磨损试验机对粘结石墨基固体润滑涂层在微动试验条件下的摩擦学性能以及抗承载能力进行研究,对其磨痕形貌和对偶转移膜进行分析。研究结果表明：粘结石墨基固体润滑涂层的磨损率随着试验载荷和摩擦速度的增大而减小;而摩擦因数随着试验载荷增大而减小,随摩擦速度增大而缓慢增大;在微动摩擦过程中,高载高速可以促进高质量转移膜在对偶表面形成,从而使得粘结石墨基固体润滑涂层具有良好的抗承载能力和优异的抗磨减摩性能。     

H2对类金刚石薄膜性能影响的研究

类金刚石膜因其高的硬度、高的介电性、低的摩擦系数、优异的光学和化学性能以及巨大的潜在应用前景而成为研究热点。采用离子增加化学气相沉积方法在Si基底表面制备含氢类金刚石薄膜,通过XPS能谱测试,确定膜层的成份组成,膜层中除了含有碳以外还含少量的吸附的氧。调节反应源气体中H：的比例,结果表明H2的含量直接影响DLC薄膜的性能。随着H。的含量增大,膜层的表面粗糙度降低,膜层的硬度变大,而应力相应增大。这是由于反应源气体中H2含量的增加,DLC薄膜中氢的含量反而降低,膜层内sp2团簇结构的无序性增加,sp2键的比例增加,这将使得膜层内的碳的空间网络结构所占的比例增加。