類金剛石(Dimond-like carbon,DLC)薄膜憑借其摩擦系數(shù)低、硬度高、耐磨性好、化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)異的綜合性能得到世界范圍內(nèi)科研工作者及企業(yè)的關(guān)注,但是由于制備方法的限制及自身微觀結(jié)構(gòu)的影響,導(dǎo)致其內(nèi)應(yīng)力極高,造成膜基結(jié)合強(qiáng)度低影響其自身機(jī)械性能。本文采用工業(yè)H1300 mm×Φ1700 mm型爐體,運(yùn)用PACVD(Plasma-assisted chemical vapor deposition)方式制備類金剛石薄膜,這種配置方式成本低工藝簡(jiǎn)單,同時(shí)為改善類金剛石薄膜的結(jié)合強(qiáng)度,在膜基間添加Cr C過渡層,研究Cr C過渡層的制備參數(shù)及多層結(jié)構(gòu)對(duì)DLC薄膜整體機(jī)械性能的影響。為進(jìn)一步改善DLC的膜基結(jié)合強(qiáng)度提高薄膜性能,采用PACVD復(fù)合PVD工藝制備WC過渡層,通過與傳統(tǒng)制備方式的對(duì)比,研究新型制備方式制備的WC過渡層對(duì)DLC薄膜組織形貌及機(jī)械性能影響。主要研究?jī)?nèi)容如下:采用非平衡磁控濺射的方式制備Cr C過渡層。結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)乙炔進(jìn)氣量為55sccm時(shí),Cr C薄膜的碳鉻原子比達(dá)到1:1,薄膜的硬度達(dá)到最高,同時(shí)DLC薄膜的整體韌性及耐磨擦性能也達(dá)到最優(yōu);當(dāng)Cr C薄膜厚度為0.815μm時(shí),DLC薄膜同時(shí)具備高的承載力及優(yōu)異的界面結(jié)合強(qiáng)度;當(dāng)Cr C過渡層制備偏壓達(dá)到100 V時(shí),Cr C過渡層DLC薄膜具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。通過周期性得控制乙炔氣體的流量,制備(Cr/Cr C)x多層結(jié)構(gòu)薄膜。多層結(jié)構(gòu)細(xì)化過渡層晶粒,提高表層與DLC結(jié)合層的強(qiáng)度,當(dāng)調(diào)制周期為175 nm時(shí),薄膜硬度達(dá)到13.678 GPa,相對(duì)于單一Cr C過渡層DLC薄膜,(Cr/Cr C)x多層結(jié)構(gòu)過渡層DLC薄膜在承載能力及耐磨性上有大幅提升。選用中毒點(diǎn)較高的WC靶材,采用PACVD復(fù)合PVD工藝制備WC過渡層,相比于傳統(tǒng)方法,過渡層致密硬度高,達(dá)到17.721 GPa,韌性提高,且成功實(shí)現(xiàn)界面層處深度的結(jié)構(gòu)過渡,界面處過渡平滑無間隙,WC過渡層DLC薄膜的整體結(jié)合強(qiáng)度增加,即使在高壓應(yīng)力及切應(yīng)力的摩擦環(huán)境下,薄膜也保持了極高的穩(wěn)定性。本論文選用大型工業(yè)設(shè)備,利用PACVD方法制備類金剛石薄膜,同時(shí)添加過渡層提高DLC膜基結(jié)合強(qiáng)度,研究Cr C過渡層的制備參數(shù)及多層結(jié)構(gòu)對(duì)DLC薄膜整體機(jī)械性能的影響,并提出新型的WC過渡層制備方式,為獲得低成本、適宜大規(guī)模生產(chǎn)且綜合性能優(yōu)異的類金剛石薄膜提供了新的思路。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.2
【部分圖文】：

碳材料結(jié)構(gòu)示意圖

- 2 -圖 1-2 sp3-sp2-H 三元相圖[12]共同組成，不同鍵之間交叉連接，共同構(gòu)成無定型碳網(wǎng)絡(luò)。依據(jù)素組成，可以分為不含氫類 DLC 和含氫類 DLC[13-15]。圖 1-2，不含氫的 DLC 包括： ①四面體無定形碳，即 ta-C；②類石即 GLC[14]。含氫 DLC 分為下面幾種：①類聚合物氫化無定形碳（P剛石氫化無定形碳（DLCH）；③氫化四面配位無定形碳( ta-C:H)，常及石墨的性能如表 1-1 所示。常，DLC 內(nèi)的成鍵類型及含量，還有微結(jié)構(gòu)等直接決定著薄膜的表性能。對(duì)類金剛石薄膜而言，sp3和 sp2含量占比情況都會(huì)影響到 學(xué)性質(zhì)及力學(xué)性能。制備 DLC 薄膜的同時(shí)，通過控制沉積方法、沉，改變 DLC 膜中的碳結(jié)構(gòu)，進(jìn)而可控制薄膜的機(jī)械性能。

- 5 -圖 1-3 類金剛石涂層制備方式原理圖a）離子束濺射沉積[23]；b）離子束輔助沉積[24]；c）脈沖激光沉積[27]；d）磁過濾陰極弧沉積[29]；e）磁控濺射原理圖[32]；f）等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積[33]成正交電磁場(chǎng)，對(duì)靶材表面的電子起到約束作用，近靶材表面的電子在庫(kù)侖力與洛倫茲力的共同作用之下，在靶面做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，形成一條明亮的環(huán)形跑道，從而提高了電子的利用率，提高了靶材的濺射速率和離化率，成膜質(zhì)量也大大提高。Amanov 等[30]采用直流磁控濺射制備表面光滑的 DLC 薄膜，在氬離子氛圍內(nèi)濺射純石墨靶，得到厚度約為 1 μm 的不含氫的 DLC 薄膜�；灼珘涸O(shè)置為 200 V至 300 V。氬氣分壓為 1 Pa。采用磁控濺射方法濺射碳，廣泛的用于制備 CNx涂層用作磁存儲(chǔ)介質(zhì)表面極薄的保護(hù)層，氮元素以氮?dú)獾男问揭氲椒磻?yīng)磁控濺射過程之中。Choudhury 等[31]表明了這些涂層在矯形基底上的應(yīng)用，如氧化鋯，可以有

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 蘇俊宏;葛錦蔓;徐均琪;吳慎將;陳磊;;類金剛石薄膜及其進(jìn)展[J];應(yīng)用光學(xué);2015年05期

2 唐亞陸;杜澤民;;脈沖激光沉積(PLD)原理及其應(yīng)用[J];桂林電子工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);2006年01期

本文編號(hào)：2813913