本文關(guān)鍵詞：CVD金剛石涂層用于海洋密封材料的制備與應(yīng)用

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【摘要】：化學(xué)氣相沉積(Chemical vapor deposition,CVD)金剛石薄膜有著優(yōu)異特性,例如高硬度、彈性模量大、耐磨性強(qiáng)以及穩(wěn)定的表面化學(xué)性等等,是目前研究較為熱門(mén)的材料之一。目前金剛石薄膜被廣泛應(yīng)用在切屑刀具、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)、密封材料、表面聲波器件、生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用等領(lǐng)域。本研究利用直流輝光放電等離子體CVD裝置,在硅和碳化硅襯底材料,對(duì)CVD納米金剛石薄膜、微米金剛石膜和納米/微米(NCD/MCD)復(fù)合薄膜的生長(zhǎng)工藝和金剛石膜制備、摩擦性能試驗(yàn)及其靜密封性能進(jìn)行研究。探究甲烷濃度、沉積溫度、氬氣含量等對(duì)金剛石生長(zhǎng)的影響。采用掃描電鏡、拉曼光譜儀、原子力顯微鏡、透射電鏡對(duì)薄膜的表面形貌、結(jié)構(gòu)成分進(jìn)行表征。主要工作如下:1、研究了甲烷濃度對(duì)金剛石膜表面形貌的影響,結(jié)果表明甲烷濃度從1%,~9%,沉積的金剛石表面形貌發(fā)生變化。隨著甲烷濃度的增加,晶粒尺寸也是先增大再逐漸減小為納米級(jí)。2、研究了沉積溫度對(duì)金剛石膜表面形貌的影響,結(jié)果表明當(dāng)金剛石膜的生長(zhǎng)溫度700℃時(shí),金剛石薄膜表面呈現(xiàn)菜花狀的納米金剛石結(jié)構(gòu);當(dāng)溫度上升到800℃時(shí),金剛石膜表面以方塊狀晶粒形狀為主;隨著溫度的繼續(xù)上升到900~1000℃時(shí),金剛石膜表面則出現(xiàn)棱角分明的晶型;當(dāng)溫度繼續(xù)上升到1100℃,金剛石膜表面晶型已不規(guī)整。3、氬氣的引入對(duì)等離子體球形體和沉積薄膜產(chǎn)生影響。當(dāng)Ar含量占H2比1%-5%時(shí),等離子體球能保持穩(wěn)定;當(dāng)氬氣含量占H2超過(guò)20%時(shí),等離子體球消失。氬氣的加入會(huì)使微米金剛石膜晶粒產(chǎn)生缺陷,增強(qiáng)納米金剛石膜的金剛石二次形核。4、系統(tǒng)研究了三種不同結(jié)構(gòu)的金剛石膜的機(jī)械性能,本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:微米金剛石膜的薄膜結(jié)合力很高,但它較大的晶粒和粗糙的表面也導(dǎo)致了微米金剛石膜摩擦系高。納米金剛石膜晶粒小,薄膜表面光滑摩擦系數(shù)低。但由于薄膜中存在大量晶界和非晶相,導(dǎo)致其薄膜結(jié)合力非常差,無(wú)法用于實(shí)際工作。只有微米/納米結(jié)構(gòu)的金剛石膜既有著光滑的表面較低的摩擦系數(shù),又有著很高的薄膜結(jié)合力強(qiáng)度,并且能夠滿足器件密封性能的要求。
【關(guān)鍵詞】：CVD 金剛石 結(jié)合力 摩擦 密封性能
【學(xué)位授予單位】：武漢工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TQ163;TB383.2
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 緒論12-24
• 1.1 課題背景12-13
• 1.2 金剛石材料的概述13-14
• 1.3 金剛石材料的結(jié)構(gòu)14
• 1.4 金剛石的特殊性能14-17
• 1.5 CVD金剛石膜生長(zhǎng)機(jī)理17-19
• 1.6 CVD金剛石膜的生長(zhǎng)模式19-20
• 1.7 金剛石薄膜的制備方法20-22
• 1.8 本課題研究目的和意義22-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)裝置及表征24-36
• 2.1 直流輝光等離子體CVD裝置24-25
• 2.2 直流輝光放電等離子體的特性25-28
• 2.3 放電電流與氣壓的關(guān)系28
• 2.4 金剛石膜的表征28-34
• 2.4.1 金剛石膜的拉曼光譜 (Raman Spectroscopy)28-29
• 2.4.2 掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscopy，SEM）29
• 2.4.3 透射電鏡(Transmission Electron Microscope, TEM)29-30
• 2.4.4 原子力顯微鏡和表面輪廓儀30-31
• 2.4.5 微米劃痕儀和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-36
• 第三章 金剛石膜制備研究36-50
• 3.1 預(yù)處理對(duì)金剛石膜表面形核的影響36-39
• 3.2 甲烷流量對(duì)金剛石膜表面形貌的影響39-41
• 3.3 沉積溫度對(duì)金剛石膜形貌的影響41-42
• 3.4 金剛石膜生長(zhǎng)速率的影響因素42-44
• 3.4.1 碳源濃度的影響42-43
• 3.4.2 生長(zhǎng)溫度的影響43-44
• 3.5 氬氣摻雜的影響44-47
• 3.5.1 氬氣對(duì)等離子體的影響44-45
• 3.5.2 氬氣對(duì)金剛石膜生長(zhǎng)的影響45-47
• 3.6. 本章小結(jié)47-50
• 第四章 SiC密封材料表面涂層的制備50-60
• 4.1 金剛石膜的表面形貌和結(jié)構(gòu)50-54
• 4.2 AFM測(cè)試金剛石膜表面形貌與粗糙度54-56
• 4.3 納米金剛石膜的透射電鏡測(cè)試56-58
• 4.4 本章小結(jié)58-60
• 第五章 金剛石膜涂層的性能測(cè)試60-70
• 5.1 金剛石膜的摩擦學(xué)性能61-64
• 5.2 金剛石膜涂層的結(jié)合力強(qiáng)度64-66
• 5.3 金剛石膜涂層的靜壓密封測(cè)試66-68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 第六章 全文總結(jié)與展望70-74
• 6.1 全文總結(jié)70-71
• 6.2 展望71-74
• 參考文獻(xiàn)74-82
• 攻讀碩士期間已發(fā)表的論文82-84
• 致謝84

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