硫化鎢基薄膜結構、力學性能及在空氣中的摩擦學特性研究
發(fā)布時間：2021-02-06 20:07
本文為提高MEMS器件的摩擦學性能,通過磁控濺射系統(tǒng)在單晶Si（100）基片上沉積了WS（C）薄膜、WSN薄膜和WSCN薄膜。薄膜的晶相結構、組成成分和化學鍵結構分別采用X射線衍射儀（XRD）和X射線光電子能譜（XPS）進行分析,薄膜的表面和截面形貌采用掃描電鏡（SEM）進行觀察。薄膜的硬度和結合力分別采用金剛石納米壓痕儀和聲發(fā)射劃痕儀進行測試。薄膜與Si3N4球在空氣中對摩的摩擦學性能通過球對盤式摩擦磨損試驗機進行分析,摩擦實驗結束后,薄膜和球的磨痕采用金相光學顯微鏡、非接觸式三維光學形貌儀及掃描電鏡和能譜儀進行分析。研究結果表明:1)利用磁控濺射技術,通過改變WS2靶材濺射功率（100-300W）制備了不同組分的WS（C）薄膜,薄膜代號為WSC-X（X代表WS2靶材的濺射功率）。不同組分的WSC薄膜硬度在1.99GPa到4.43GPa之間,S/W原子比為0.63的WSC-250薄膜因具有最高的硬度,摩擦系數(shù)最低,為0.4;選取WSC-250薄膜的制備參數(shù),通過改變偏壓制備了不同偏壓的WSC薄膜,...
【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
WSC薄膜的X射線衍射圖譜
南京航空航天大學碩士學位論文韋春貝等[35]在不同的沉積氣壓下，通過磁控濺射WS2靶和石墨靶制備了不同C含量的膜，指出：沉積氣壓高時，WSC 薄膜中 C 含量低，WSx的質(zhì)量分數(shù)相對較高，并且高氣壓使 Ar 離子與濺射原子之間的碰撞幾率增加，導致薄膜結構疏松，表現(xiàn)出明顯的 W貌特征（多孔性的柱狀結構）；而當沉積氣壓低時，WSC 薄膜中 C 含量提高，WSx的質(zhì)相對降低，薄膜呈現(xiàn)出致密的無組織非晶狀結構，薄膜的硬度也隨之增加�？梢�，WSC C 含量的提高，會使薄膜向非晶化轉變，形成致密的薄膜結構，從而提高 WSC 薄膜的硬除了對硬度有明顯的提高作用之外，C 元素對薄膜黏附力也有明顯的改善作用。Noss7]利用射頻磁控濺射方法制備了具有 Ti 中間層的不同 C 原子數(shù)分數(shù)的 Ti/W-S-C 薄膜，指對于 Ti/WS2薄膜，低碳原子數(shù)分數(shù)的 Ti/W-S-C 薄膜黏附力只有少量的提高（從 5N 增），薄膜和中間層之間容易出現(xiàn)剝落；隨著 C 原子數(shù)分數(shù)的增加，Ti/W-S-C 薄膜的黏到明顯的提高，可達到 50N 以上，避免了低載荷時出現(xiàn)的剝落現(xiàn)象。
石墨作為靶材，制備了不同C含量的Ti/WSC薄膜，并在不同濕度的室溫條件下，研究了薄膜的摩擦學性能。在球對盤實驗中，當載荷為5N，室溫下，濕度對WSC薄膜的平均摩擦系數(shù)和磨損率的影響如圖1.4所示。由圖1.4可知，在干燥空氣（濕度<5%）中，薄膜的摩擦系數(shù)非常低(0.03~0.06)；當濕度增加到40%時，不同C含量薄膜的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)出相似的增長趨勢（摩擦系數(shù)達到0.2）。對于C含量較高（大于41at.%）的Ti/WSC薄膜，WS2薄片被包圍在非晶基質(zhì)中，自潤滑效果減弱，導致其摩擦系數(shù)隨濕度升高而出現(xiàn)微弱的降低趨勢。與摩擦系數(shù)的變化趨勢相反，在干燥空氣中，高C含量的Ti/WSC薄膜的磨損率明顯高于低C含量的薄膜
【參考文獻】：
期刊論文
[1]磁控濺射MoS2-Ni復合膜的結構與性能研究[J]. 韋春貝,歐文敏,侯惠君,林松盛,代明江,石倩. 表面技術. 2017(10)
[2]真空蒸發(fā)鍍膜[J]. 甄聰棉,李壯志,侯登錄,郭革新,李玉現(xiàn). 物理實驗. 2017(05)
[3]MoS2/Ni復合膜的微結構與摩擦學性能[J]. 孫建榮,李長生,郭志成,劉金銀子. 機械工程材料. 2013(06)
[4]偏壓及測試環(huán)境對新型MoS2-Ti復合膜摩擦學性能的影響[J]. 秦曉鵬,柯培玲,汪愛英. 摩擦學學報. 2013(02)
[5]沉積氣壓對W-S-C復合薄膜結構和摩擦學性能的影響[J]. 韋春貝,代明江,侯惠君,林松盛,趙利. 潤滑與密封. 2012(06)
[6]磁控濺射鍍膜技術的發(fā)展[J]. 余東海,王成勇,成曉玲,宋月賢. 真空. 2009(02)
[7]碳基薄膜水潤滑性能的研究進展[J]. 周飛,戴振東,加藤康司. 潤滑與密封. 2006(07)
[8]微機電系統(tǒng)的發(fā)展及其應用[J]. 林忠華,胡國清,劉文艷,張慧杰. 納米技術與精密工程. 2004(02)
[9]化學氣相沉積技術與材料制備[J]. 胡昌義,李靖華. 稀有金屬. 2001(05)
博士論文
[1]碳/氮基薄膜結構、力學性能及水環(huán)境中摩擦與腐蝕特性研究[D]. 王謙之.南京航空航天大學 2013
碩士論文
[1]Cr-B-C-N薄膜結構及其在水環(huán)境中的摩擦和電化學特性研究[D]. 馬強.南京航空航天大學 2017
本文編號：3021022
【文章來源】：南京航空航天大學江蘇省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：96 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
WSC薄膜的X射線衍射圖譜
南京航空航天大學碩士學位論文韋春貝等[35]在不同的沉積氣壓下，通過磁控濺射WS2靶和石墨靶制備了不同C含量的膜，指出：沉積氣壓高時，WSC 薄膜中 C 含量低，WSx的質(zhì)量分數(shù)相對較高，并且高氣壓使 Ar 離子與濺射原子之間的碰撞幾率增加，導致薄膜結構疏松，表現(xiàn)出明顯的 W貌特征（多孔性的柱狀結構）；而當沉積氣壓低時，WSC 薄膜中 C 含量提高，WSx的質(zhì)相對降低，薄膜呈現(xiàn)出致密的無組織非晶狀結構，薄膜的硬度也隨之增加�？梢�，WSC C 含量的提高，會使薄膜向非晶化轉變，形成致密的薄膜結構，從而提高 WSC 薄膜的硬除了對硬度有明顯的提高作用之外，C 元素對薄膜黏附力也有明顯的改善作用。Noss7]利用射頻磁控濺射方法制備了具有 Ti 中間層的不同 C 原子數(shù)分數(shù)的 Ti/W-S-C 薄膜，指對于 Ti/WS2薄膜，低碳原子數(shù)分數(shù)的 Ti/W-S-C 薄膜黏附力只有少量的提高（從 5N 增），薄膜和中間層之間容易出現(xiàn)剝落；隨著 C 原子數(shù)分數(shù)的增加，Ti/W-S-C 薄膜的黏到明顯的提高，可達到 50N 以上，避免了低載荷時出現(xiàn)的剝落現(xiàn)象。
石墨作為靶材，制備了不同C含量的Ti/WSC薄膜，并在不同濕度的室溫條件下，研究了薄膜的摩擦學性能。在球對盤實驗中，當載荷為5N，室溫下，濕度對WSC薄膜的平均摩擦系數(shù)和磨損率的影響如圖1.4所示。由圖1.4可知，在干燥空氣（濕度<5%）中，薄膜的摩擦系數(shù)非常低(0.03~0.06)；當濕度增加到40%時，不同C含量薄膜的摩擦系數(shù)呈現(xiàn)出相似的增長趨勢（摩擦系數(shù)達到0.2）。對于C含量較高（大于41at.%）的Ti/WSC薄膜，WS2薄片被包圍在非晶基質(zhì)中，自潤滑效果減弱，導致其摩擦系數(shù)隨濕度升高而出現(xiàn)微弱的降低趨勢。與摩擦系數(shù)的變化趨勢相反，在干燥空氣中，高C含量的Ti/WSC薄膜的磨損率明顯高于低C含量的薄膜
【參考文獻】：
期刊論文
[1]磁控濺射MoS2-Ni復合膜的結構與性能研究[J]. 韋春貝,歐文敏,侯惠君,林松盛,代明江,石倩. 表面技術. 2017(10)
[2]真空蒸發(fā)鍍膜[J]. 甄聰棉,李壯志,侯登錄,郭革新,李玉現(xiàn). 物理實驗. 2017(05)
[3]MoS2/Ni復合膜的微結構與摩擦學性能[J]. 孫建榮,李長生,郭志成,劉金銀子. 機械工程材料. 2013(06)
[4]偏壓及測試環(huán)境對新型MoS2-Ti復合膜摩擦學性能的影響[J]. 秦曉鵬,柯培玲,汪愛英. 摩擦學學報. 2013(02)
[5]沉積氣壓對W-S-C復合薄膜結構和摩擦學性能的影響[J]. 韋春貝,代明江,侯惠君,林松盛,趙利. 潤滑與密封. 2012(06)
[6]磁控濺射鍍膜技術的發(fā)展[J]. 余東海,王成勇,成曉玲,宋月賢. 真空. 2009(02)
[7]碳基薄膜水潤滑性能的研究進展[J]. 周飛,戴振東,加藤康司. 潤滑與密封. 2006(07)
[8]微機電系統(tǒng)的發(fā)展及其應用[J]. 林忠華,胡國清,劉文艷,張慧杰. 納米技術與精密工程. 2004(02)
[9]化學氣相沉積技術與材料制備[J]. 胡昌義,李靖華. 稀有金屬. 2001(05)
博士論文
[1]碳/氮基薄膜結構、力學性能及水環(huán)境中摩擦與腐蝕特性研究[D]. 王謙之.南京航空航天大學 2013
碩士論文
[1]Cr-B-C-N薄膜結構及其在水環(huán)境中的摩擦和電化學特性研究[D]. 馬強.南京航空航天大學 2017
本文編號：3021022
本文鏈接：http://sikaile.net/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3021022.html
最近更新
教材專著
