本文為提高MEMS器件的摩擦學(xué)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(jié)構(gòu)、組成成分和化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)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(jié)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(xué)性能通過球?qū)ΡP式摩擦磨損試驗機進行分析,摩擦實驗結(jié)束后,薄膜和球的磨痕采用金相光學(xué)顯微鏡、非接觸式三維光學(xué)形貌儀及掃描電鏡和能譜儀進行分析。研究結(jié)果表明:1)利用磁控濺射技術(shù),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(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)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(xué)碩士學(xué)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?jǐn)?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(dǎo)致薄膜結(jié)構(gòu)疏松，表現(xiàn)出明顯的 W貌特征（多孔性的柱狀結(jié)構(gòu)）；而當(dāng)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(jié)構(gòu)，薄膜的硬度也隨之增加。可見，WSC C 含量的提高，會使薄膜向非晶化轉(zhuǎn)變，形成致密的薄膜結(jié)構(gòu)，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?jǐn)?shù)的 Ti/W-S-C 薄膜，指對于 Ti/WS2薄膜，低碳原子數(shù)分?jǐn)?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?jǐn)?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(xué)性能。在球?qū)ΡP實驗中，當(dāng)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(dāng)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(dǎo)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
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碩士論文
[1]Cr-B-C-N薄膜結(jié)構(gòu)及其在水環(huán)境中的摩擦和電化學(xué)特性研究[D]. 馬強.南京航空航天大學(xué) 2017



本文編號：3021022