類金剛石（DLC）薄膜由于具有優(yōu)異的機(jī)械性能和良好的摩擦學(xué)性能被作為固體潤滑材料而廣泛應(yīng)用。本文采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)（PECVD）制備了類金剛石薄膜,考察了DLC薄膜的結(jié)構(gòu)和性能,并探討了不同溫度、不同載荷對DLC薄膜摩擦的影響及機(jī)理。主要研究結(jié)果如下:1.作為研究工作內(nèi)容的前提與基礎(chǔ),對鍍膜設(shè)備結(jié)構(gòu)、薄膜的制備工藝進(jìn)行了闡述。利用PECVD沉積技術(shù)制備了DLC薄膜,考察了薄膜的微觀組織結(jié)構(gòu)、形貌特征、粗糙程度、結(jié)合力及摩擦學(xué)性能等,并對薄膜進(jìn)行評價(jià)和篩選。2.研究了不同溫度對DLC摩擦過程的影響及機(jī)理。利用高分辨率透射電子顯微鏡和拉曼光譜,研究了磨屑、磨痕的結(jié)構(gòu)演變過程。發(fā)現(xiàn)在低于150℃溫度范圍內(nèi),升高溫度促進(jìn)石墨化,加快石墨烯納米結(jié)構(gòu)的形成,導(dǎo)致摩擦系數(shù)降低。150℃時(shí),磨屑中出現(xiàn)較多規(guī)則的卷狀石墨烯納米結(jié)構(gòu),摩擦系數(shù)最低為0.012。200℃時(shí),納米卷狀結(jié)構(gòu)無序且角度尖銳,導(dǎo)致超低摩擦狀態(tài)失效。結(jié)果表明,溫度可以改變石墨烯納米卷的精細(xì)結(jié)構(gòu),最終影響了DLC薄膜的摩擦學(xué)行為。3.研究了不同載荷對DLC薄膜摩擦過程的影響及機(jī)理。通過不同載荷對Al₂... 

【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：51 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

sp1,sp2和sp3雜化鍵

肓誚?膒z軌道構(gòu)成弱鍵合的π鍵。在sp1方式中，則形成的兩個(gè)σ鍵軌道，而且這兩個(gè)軌道在一條線上，與兩個(gè)π鍵軌道兩兩垂直。其中只含有一個(gè)σ鍵的碳?xì)浠衔锓Q之為飽和狀態(tài)，如金剛石。DLC薄膜是一種非晶的具有優(yōu)異的機(jī)械性能和摩擦學(xué)性能的薄膜，實(shí)際上類金剛石薄膜是含有一定sp3鍵合碳（可以包含30-85%sp3雜化鍵結(jié)構(gòu)）的亞穩(wěn)態(tài)的結(jié)構(gòu)，而且DLC中有一些碳原子可以連三個(gè)氫原子（其氫含量可以小于1at%到大于60at%）。Jacob等[5]經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研，認(rèn)為DLC薄膜含有sp2碳、sp3碳和氫，并進(jìn)一步描繪出它們的三元相圖（如圖1.2所示），該相圖清晰直觀地表示了DLC的結(jié)構(gòu)和成分組成情況。如果采用不同的沉積方法、參數(shù)和時(shí)間，均會使DLC薄膜中原子的鍵合方式（C-H、C-C、sp2、sp3）及各鍵合方式比例不同，薄膜的基本性質(zhì)和在相圖中的位置也會不同。圖1.2非晶碳的三元相圖1.2類金剛石薄膜的制備從熱力學(xué)的角度分析，在300K下，要形成金剛石結(jié)構(gòu)所需的自由能為394.5KJ/mol，而形成石墨結(jié)構(gòu)則需為391.7KJ/mol，兩者差值雖然很小，這個(gè)差值意味著將石墨轉(zhuǎn)化成金剛石存在困難，這是由于存在較大的活化能壘。所以類金剛石相或sp3鍵

蘭州交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-合碳在熱力學(xué)上屬于是亞穩(wěn)態(tài)。因而，DLC薄膜的制備需要在一種非平衡態(tài)的過程中才能形成亞穩(wěn)態(tài)sp3碳。經(jīng)過人們多年的努力研究和發(fā)展，現(xiàn)已有多種制備DLC薄膜的方法和技術(shù)，常見的主要有化學(xué)氣相沉積（CVD）和物理氣相沉積（PVD）及液相法（LPD）。1.2.1物理氣相沉積（PVD）圖1.3常見的制備DLC的物理氣相沉積系統(tǒng)示意圖[6]（a）離子束沉積；（b）離子束輔助沉積；（c）濺射沉積；（d）真空陰極電弧沉積；（e）等離子體沉積；（f）脈沖激光沉積物理氣相沉積（PhysicalVapourDeposition，PVD）技術(shù)是指在真空條件下，至少有一種沉積元素被氣化成氣態(tài)粒子（原子、分子）或被電離成離子，然后這些氣態(tài)粒子沉

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Influence of tribofilm on superlubricity of highly-hydrogenated amorphous carbon films in inert gaseous environments[J]. LIU ShuWei,ZHANG ChenHui,OSMAN Eryilmaz,CHEN XinChun,MA TianBao,HU YanZhong,LUO JianBin,ALI Erdemir.  Science China（Technological Sciences）. 2016(12)
[2]熱絲化學(xué)氣相沉積法制備金剛石薄膜的生長取向及內(nèi)應(yīng)力研究[J]. 邢文娟,汪建華,王傳新.  材料導(dǎo)報(bào). 2007(S2)
[3]熱絲化學(xué)氣相沉積法在CH4/H2混合氣體中低溫生長超薄納米金剛石膜（英文）[J]. 張衡,郝天亮,石成儒,韓高榮.  紅外與毫米波學(xué)報(bào). 2006(02)
[4]非平衡磁控濺射類金剛石碳膜的性能[J]. 柳翠,李國卿,張成武,李新.  材料研究學(xué)報(bào). 2004(02)
[5]脈沖激光沉積（PLD）薄膜技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 戢明,宋全勝,曾曉雁.  真空科學(xué)與技術(shù). 2003(01)
[6]類金剛石膜的應(yīng)用及制備[J]. 馬國佳,鄧新綠.  真空. 2002(05)
[7]新型生物醫(yī)學(xué)材料——類金剛石膜的研究進(jìn)展[J]. 賀亞敏,黃培林,呂曉迎.  國外醫(yī)學(xué).生物醫(yī)學(xué)工程分冊. 2002(02)
[8]利用脈沖激基分子激光制備大尺寸類金剛石薄膜及其均勻性分析[J]. 李鐵軍,劉晶儒,王麗戈,樓祺洪.  光子學(xué)報(bào). 1999(12)
[9]真空陰極弧離子鍍類金剛石碳膜[J]. 李劉合,夏立芳,馬欣新,孫躍.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 1999(01)
[10]離子束增強(qiáng)沉積技術(shù)在制備優(yōu)良抗蝕膜層方面的研究進(jìn)展[J]. 傅永慶,徐可為,何家文.  表面技術(shù). 1997(01)

博士論文
[1]鈦合金表面液相法沉積DLC膜及其血液相容性[D]. 沈風(fēng)雷.南京工業(yè)大學(xué) 2003
[2]微波-ECR等離子體增強(qiáng)非平衡磁控濺射技術(shù)及CN薄膜的制備研究[D]. 徐軍.大連理工大學(xué) 2002

碩士論文
[1]碳基材料表面復(fù)合涂層及性能研究[D]. 張欣.東北大學(xué) 2010
[2]太陽電池用SiN/a-Si/poly-Si/NiTi薄膜的制備與性能研究[D]. 王玉雷.南京航空航天大學(xué) 2010
[3]液相電沉積類金剛石薄膜及摻雜類金剛石薄膜[D]. 江河清.河南大學(xué) 2004
[4]熱絲化學(xué)氣相沉積金剛石膜的研究[D]. 孫心瑗.湖南大學(xué) 2004
[5]脈沖激光沉積氮化碳薄膜及其生長機(jī)理研究[D]. 王淑芳.河北大學(xué) 2000
[6]CH4/H2系統(tǒng)電子助進(jìn)熱絲化學(xué)氣相沉積動力學(xué)過程研究[D]. 陳俊英.河北大學(xué) 2000



本文編號：2992391