【摘要】：含氫非晶碳薄膜(a-C:H)由于高硬度、低摩擦、耐磨損和化學(xué)惰性等優(yōu)良特性,作為新型的固體潤(rùn)滑材料引起了國(guó)內(nèi)外的研究熱潮。然而其存在韌性差、承載低等問(wèn)題,很大程度上影響了服役壽命和可靠性。本論文從碳膜中程有序納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)控入手來(lái)改善上述不足,基于本課題組前期發(fā)現(xiàn)的濺射靶面存在的外場(chǎng)誘導(dǎo)生長(zhǎng)效應(yīng),以金屬Ni作為催化靶材,通過(guò)對(duì)Ar與CH_4比例、靶材形貌、濺射電流等制備參數(shù)的控制研究,實(shí)現(xiàn)了碳膜中類(lèi)富勒烯特殊納米結(jié)構(gòu)的可控生長(zhǎng);探討了薄膜中程有序納米結(jié)構(gòu)與其機(jī)械性能、摩擦學(xué)性能之間的相關(guān)性。主要研究結(jié)果如下:1.適中的Ar與CH_4氣源比例可以保證靶面處于臨界中毒點(diǎn),外場(chǎng)誘導(dǎo)生長(zhǎng)效應(yīng)得以實(shí)現(xiàn);靶面納米化形貌可以大幅提高催化效率;小的濺射能量可以減少再濺射過(guò)程中對(duì)前驅(qū)體的破壞。通過(guò)三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的控制,在靶面形成了具有完整富勒烯洋蔥納米球結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體。然后,前驅(qū)體進(jìn)一步濺射到基底上形成了大量富勒烯卷曲納米結(jié)構(gòu)鑲嵌的非晶碳復(fù)合薄膜材料。該研究進(jìn)一步驗(yàn)證了外場(chǎng)誘導(dǎo)生長(zhǎng)效應(yīng)的正確性和對(duì)金屬催化源的普適性,為碳膜中特殊中程有序納米結(jié)構(gòu)的調(diào)控制備提供新的思路和方法。2.類(lèi)富勒烯結(jié)構(gòu)的生成大幅提高了碳薄膜的強(qiáng)韌一體化力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能。使得碳膜材料在高接觸應(yīng)力(3.2 GPa)下的磨損壽命不受影響,仍然可以保持1.5×10~5轉(zhuǎn)。原因是類(lèi)富勒烯納米結(jié)構(gòu)將二維平面內(nèi)優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度擴(kuò)展到三維,增強(qiáng)了碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),這證明了通過(guò)非晶碳薄膜中鍵價(jià)空間構(gòu)造的調(diào)控可以改善材料的強(qiáng)韌一體化力學(xué)性能,為非晶碳薄膜性能提升提供了新的思路。3.設(shè)計(jì)了相同材料配副,而接觸方式不同的摩擦試驗(yàn),當(dāng)鋼球與鍍a-C:H膜的鋼平板對(duì)摩時(shí),a-C:H可以轉(zhuǎn)移到對(duì)偶形成均勻的轉(zhuǎn)移膜,可以實(shí)現(xiàn)超潤(rùn)滑性能(摩擦系數(shù)0.009);而當(dāng)鍍a-C:H薄膜鋼球與鋼平板對(duì)摩時(shí),a-C:H不能轉(zhuǎn)移到對(duì)偶形成轉(zhuǎn)移膜,摩擦系數(shù)高(0.362)。證明了轉(zhuǎn)移膜的形成是a-C:H薄膜實(shí)現(xiàn)超潤(rùn)滑性能的必要條件。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB383
【圖文】：

圖 1.1 碳的雜化鍵Fig. 1.1 The hybridised bonding of carbon圖 1.2 非晶碳的三元相圖. 1.2 Ternary phase diagram of bonding in amorphous carbon-hydrogen a石薄膜的結(jié)構(gòu)

圖 1.2 非晶碳的三元相圖1.2 Ternary phase diagram of bonding in amorphous carbon-hydrogen石薄膜的結(jié)構(gòu)一步地理解與分析 DLC 薄膜的各種性能與其微結(jié)構(gòu)之種不同的模型來(lái)描述 DLC 薄膜的結(jié)構(gòu)，使用較廣泛的抑制網(wǎng)絡(luò)模型。he two-phase model）[16,17]：該模型首先由 Robertson 和 O sp2雜化碳嵌埋在 sp3雜化碳中。其中，第一相是π 鍵團(tuán)簇且可以鑲嵌在第二相中；而第二相是少數(shù)相，是由缺陷續(xù)的團(tuán)簇邊界且第二相多數(shù)為 sp3雜化相。因此，第一相性能，而第二相決定了 DLC 薄膜優(yōu)良的機(jī)械性能。模型（fully constrained random networks model）[18-20]：e 提出，然后 Angus 等為描述含氫 DLC 薄膜的結(jié)構(gòu)，進(jìn)

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本文編號(hào)：2731054