本文關鍵詞：非晶碳氮膜的制備及其摩擦磨損性能的研究

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【摘要】：非晶碳氮薄膜具有許多優(yōu)異的性能,如高硬度、極低的摩擦系數、化學惰性及可控的電導性等,在許多領域具有巨大應用前景,因此,開展非晶碳氮薄膜的研究具有重要的實際意義。本文主要開展了兩個方面的研究,一是不同粒子在薄膜表面的吸附性能的研究,二是利用射頻磁控濺射法制備非晶碳氮薄膜并對薄膜結構成分和各項性能進行研究,本文主要研究結論如下:(1)利用Material Studio軟件對N、N2和CN團簇在硅表面及石墨表面進行化學吸附仿真研究。結果表明N2分子在硅表面及石墨表面都不產生化學吸附,N原子和CN基團在硅表面及石墨表面均能產生化學吸附,而N原子在兩個表面均具有非常大的吸附能力。說明在制備非晶碳氮薄膜時,僅僅提高氮氣分壓可能對增加薄膜的含氮量作用有限,提高氮氣的離化率以產生更多活性N原子是提高薄膜中氮的含量有效手段。(2)采用射頻磁控濺射法制備非晶碳氮薄膜,研究氮氣分壓、基底偏壓和基底溫度對碳氮薄膜的結構成分及力學性能的影響。發(fā)現氮氣分壓的增加,薄膜的表面粗糙度增加,薄膜發(fā)生sp3鍵向sp2鍵的石墨化轉變,薄膜中的氮含量在氮氣分壓達到25%后增長緩慢,薄膜的硬度、彈性模量及內應力均減小。隨著基底偏壓的增加,薄膜表面變的平整致密,拉曼光譜表明薄膜中的sp3鍵的含量先增大后減小,薄膜的硬度和彈性模量變化趨勢和sp3鍵的含量變化趨勢一致�；诇囟壬�,薄膜表面粗糙度降低,高的基底溫度會使薄膜的sp3鍵含量減小,力學性能惡化,本節(jié)優(yōu)化后的基底偏壓和溫度分別為-50V和150℃。(3)對制備的非晶碳氮膜開展摩擦磨損性能的研究,發(fā)現隨著氮氣分壓的增大,薄膜的摩擦系數和磨損率均增大;隨著基底溫度增加,薄膜的摩擦系數和磨損率均減小;隨著施加載荷的增加,制備薄膜的摩擦系數減低,磨損率下降,但載荷過大,薄膜的磨損壽命降低,對磨速度增加時薄膜的摩擦系數和磨損率減小。
【關鍵詞】：非晶碳氮薄膜 吸附 射頻磁控濺射 摩擦磨損
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注釋表12-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 引言13
• 1.2 非晶碳氮薄膜的研究現狀13-16
• 1.3 非晶碳氮膜的制備方法16-19
• 1.3.1 物理氣相沉積技術16-18
• 1.3.2 化學氣相沉積技術18-19
• 1.4 非晶碳氮薄膜的性能與應用19-21
• 1.4.1 機械性能及其應用19-20
• 1.4.2 電學、光學性能及其應用20
• 1.4.3 生物醫(yī)學特性及其應用20-21
• 1.5 本文的研究意義及內容21-22
• 第二章 N_2、N原子及CN基團吸附性能的計算22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 第一性原理計算基本介紹22-23
• 2.3 吸附模型的建立及計算過程23-25
• 2.4 N、N_2及CN基團在Si(10 0)表面的吸附計算25-30
• 2.4.1 吸附能計算25-26
• 2.4.2 態(tài)密度分析26-30
• 2.5 N、N_2及CN基團在石墨（00 2）表面的吸附計算30-36
• 2.5.1 吸附能計算31
• 2.5.2 態(tài)密度分析31-36
• 2.6 本章小結36-37
• 第三章 非晶碳氮薄膜制備工藝及力學性能的研究37-61
• 3.1 引言37
• 3.2 薄膜的制備37-39
• 3.2.1 實驗設備結構及原理37-38
• 3.2.2 實驗樣品的制備及表征38-39
• 3.3 氮氣分壓對薄膜結構及力學性能的影響39-50
• 3.3.1 氮氣分壓對非晶碳氮膜表面形貌的影響40-42
• 3.3.2 氮氣分壓對非晶碳氮薄膜Raman光譜的影響42-43
• 3.3.3 氮氣分壓對非晶碳氮薄膜XPS譜的影響43-47
• 3.3.4 氮氣分壓對非晶碳氮薄膜力學性能的影響47-50
• 3.4 偏壓對非晶碳氮薄膜結構及力學性能的影響50-55
• 3.4.1 偏壓對非晶碳氮薄膜表面形貌的影響50-52
• 3.4.2 偏壓對非晶碳氮薄膜Raman光譜的影響52-53
• 3.4.3 偏壓對非晶碳氮薄膜力學性能的影響53-55
• 3.5 溫度對非晶碳氮薄膜結構及力學性能的影響55-59
• 3.5.1 溫度對非晶碳氮薄膜表面形貌的影響55-56
• 3.5.2 溫度對非晶碳氮薄膜Raman光譜的影響56-58
• 3.5.3 溫度對非晶碳氮薄膜力學性能的影響58-59
• 3.6 本章小結59-61
• 第四章 非晶碳氮薄膜的摩擦磨損性能研究61-73
• 4.1 引言61
• 4.2 摩擦磨損機理及實驗61-64
• 4.2.1 實驗裝置及參數61-62
• 4.2.2 評價指標62-63
• 4.2.3 摩擦磨損機理63-64
• 4.3 氮氣分壓對非晶碳氮薄膜摩擦磨損性能的影響64-67
• 4.4 基底溫度對非晶碳氮薄膜摩擦磨損性能的影響67-68
• 4.5 摩擦條件對非晶碳氮薄膜摩擦磨損性能的影響68-72
• 4.5.1 載荷對非晶碳氮薄膜摩擦磨損性能的影響68-70
• 4.5.2 對磨速度對非晶碳氮薄膜摩擦磨損性能的影響70-72
• 4.6 本章小結72-73
• 第五章 總結與展望73-75
• 5.1 總結73-74
• 5.2 展望74-75
• 參考文獻75-82
• 致謝82-84
• 在學期間的研究成果及發(fā)表的學術論文84

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前5條

1 劉軍;劉桂勇;陳志剛;;碳、氮沉積形成CN_x的第一性原理研究[J];稀有金屬材料與工程;2008年S1期

2 周飛;戴振東;加藤康司;;碳基薄膜水潤滑性能的研究進展[J];潤滑與密封;2006年07期

3 李劉合,張海泉,崔旭明,張彥華,夏立芳,馬欣新,孫躍;X射線光電子能譜輔助Raman光譜分析類金剛石碳膜的結構細節(jié)[J];物理學報;2001年08期

4 杜開瑛,石瑞英,謝茂濃,廖偉,張敏;直接光CVD類金剛石碳膜的初期成膜結構[J];半導體光電;1999年06期

5 鄭偉濤,李海波,王煜明,J.E.Sundgren;磁控濺射CN_x薄膜的結構與硬度關系研究[J];科學通報;1999年08期

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本文編號：1122714