本文選題：碳基硬質薄膜　切入點：碳化　出處：《中國地質大學(北京)》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：本文以制備高膜基結合性能、良好薄膜質量的碳基硬質薄膜為出發(fā)點,以復合和多層薄膜為主導,采用中頻磁控濺射技術以及熱絲化學氣相沉積技術制備了不同厚度Ti過渡層的金剛石復合薄膜、不同調制周期Cr/DLC多層膜、不同碳源濃度Si C過渡層的Si C/DLC復合薄膜,探索了易碳化過渡層與類金剛石膜和金剛石膜結構性能間的作用關系,結果表明:(1)不同厚度Ti過渡層的碳化,能夠通過影響Ti C晶面擇優(yōu)生長取向,進而對金剛石膜晶粒的生長和金剛石復合薄膜摩擦學性能造成影響。在金剛石膜制備過程中,金屬Ti被完全碳化為Ti C。隨著Ti間隔層厚度的增加,復合薄膜中Ti C間隔層晶面擇優(yōu)生長取向發(fā)生改變,從以Ti C(111)晶面擇優(yōu)生長最終轉變?yōu)門i C(111)、Ti C(220)和Ti C(200)三晶面競爭生長;同時,金剛石膜晶粒尺寸逐漸增大,導致金剛石復合薄膜摩擦系數(shù)不斷變大。(2)Cr/DLC多層膜層間界面處Cr的碳化能夠通過影響DLC層中碳價鍵結構及薄膜內應力進而影響多層膜力學性能。隨多層膜調制周期減小,薄膜中硬質Cr3C2相的含量增加,導致類金剛石層中sp2-C的量增加,sp3-C的量減少;多層膜的硬度及彈性模量隨調制周期的增大先增大后減小,當多層膜的調制周期為400 nm時,多層膜具有最大硬度為18 GPa以及最大彈性模量為175 GPa。此時,Cr/DLC多層膜還具有最大膜基結合力;三組Cr/DLC多層膜斷裂韌性均很高且隨著碳化的界面數(shù)量的增加而增大。(3)碳元素濃度不同的四組Si C間隔層能夠通過影響Si C/DLC復合薄膜內sp3/sp2鍵的比例及薄膜內應力進而影響Si C/DLC復合薄膜力學性能。隨著制備Si C過渡層的C2H2流量的增加,復合薄膜中sp3-C的量逐漸減小,sp2-C的量逐漸增加。Si C/DLC復合薄膜的硬度及彈性模量隨C2H2流量的增加先增大后減小,當C2H2流量為70 Sccm時,復合薄膜有最大硬度值為15.3 GPa,最大彈性模量值為142 GPa。此時,Si C/DLC復合薄膜也擁有最大臨界載荷80 N。隨制備Si C過渡層碳源濃度的增加,四組復合薄膜斷裂韌性基本呈增大趨勢。
[Abstract]:In this paper, the preparation of carbon-based hard films with high binding properties and good film quality is taken as the starting point, and the composite and multilayer films are the dominant ones. Diamond composite films with different thickness Ti transition layers, Cr/DLC multilayer films with different modulation periods and sic / DLC composite films with different carbon source concentrations were prepared by intermediate frequency magnetron sputtering and hot filament chemical vapor deposition. The effect of easy carbonization transition layer on the structure and properties of diamond-like carbon film and diamond-like carbon film was investigated. The results show that the carbonization of Ti transition layer with different thickness can influence the preferred growth orientation of Ti C crystal plane. The grain growth of diamond film and the tribological properties of diamond composite film are affected. During the preparation of diamond film, the metal Ti is completely carbonized into TiC.The thickness of Ti interlayer increases with the increase of Ti interlayer thickness. The preferred growth orientation of the Ti C spacer in the composite film changed from the preferential growth of the Ti / C _ (111) crystal plane to the competitive growth of the Ti _ C _ (111) / Ti _ (C ~ (2 +) _ (220)) and Ti _ (C ~ (2 +)) _ (200) planes, and the grain size of the diamond film gradually increased. As a result of the increasing friction coefficient of diamond composite film, the carbonization of Cr at the interlayer interface of Cr / DLC can affect the mechanical properties of the multilayer film by affecting the structure of carbon valence bond in the DLC layer and the stress in the film, which decreases with the modulation period of the multilayer film. The increase of the content of hard Cr3C2 phase in the film leads to the increase of the amount of sp2-C in the diamond-like carbon layer, the decrease of the amount of sp3-C, the increase of the hardness and elastic modulus of the multilayer film with the increase of the modulation period, and the decrease of the modulus of elasticity with the increase of the modulation period of the multilayer film, when the modulation period of the multilayer film is 400nm, The maximum hardness of the multilayer film is 18 GPa and the maximum elastic modulus is 175 GPA. The fracture toughness of all three Cr/DLC multilayers is very high and increases with the increase of the number of carbonized interfaces.) four groups of sic spacers with different carbon concentration can influence the ratio of sp3/sp2 bond in sic / DLC composite film and the stress evolution in the film. But the mechanical properties of sic / DLC composite films were affected. With the increase of flow rate of C _ 2H _ 2 in Si / C transition layer, The amount of sp3-C in the composite films decreases gradually. The hardness and elastic modulus of Si / C / DLC composite films increase firstly and then decrease with the increase of C _ 2H _ 2 flux. When the flow rate of C _ 2H _ 2 is 70 Sccm, The maximum hardness and elastic modulus of the composite films are 15.3 GPA and 142 GPA respectively. At this time, the maximum critical load of Si / C / DLC composite films is 80 N. the fracture toughness of the four groups of composite films increases with the increase of carbon source concentration in the transition layer of sic.
【學位授予單位】：中國地質大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.2

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本文編號：1642038