提升類金剛石（Diamond-Like Carbon, DLC）膜在被保護(hù)基底上的附著能力具有明顯的實際應(yīng)用價值。從微觀機(jī)理上分析了前期設(shè)計的Cu基多層DLC膜有效性的原因。在此基礎(chǔ)上,研究了DLC/SiC循環(huán)層中兩者厚度比例對膜層的附著性能、納米硬度和耐磨性的影響,以優(yōu)化結(jié)構(gòu)、進(jìn)一步提升實際應(yīng)用所需的膜層性能。納米劃痕和壓痕測試結(jié)果表明:隨著DLC層與SiC層厚度比例的增大,多層DLC膜在Cu基上附著性能逐漸降低,但當(dāng)厚度比小于2.3時,仍接近厚度400 nm的單層DLC膜在Si基上的附著性能;Cu基多 

【文章來源】：國防科技大學(xué)學(xué)報. 2020,42(05)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

銅基DLC膜結(jié)構(gòu)示意圖

圖3表明,隨著載荷的增大,加載曲線的縱坐標(biāo)“深度”逐漸上升,表示針尖不斷深入樣品內(nèi)部,膜層初期發(fā)生彈性形變(該段加載曲線近似線性變化);但隨著載荷的不斷增大,加載曲線在某一位置出現(xiàn)突變(圖中倒三角所示),暗示膜層破裂,此后膜層發(fā)生了不可逆的塑性形變。膜層破裂的位置對應(yīng)載荷值,即臨界載荷,可以表征膜層的附著性能。加載曲線出現(xiàn)了多次突變,表明內(nèi)部膜層逐漸斷裂,但按“木桶原則”,第一層的斷裂即認(rèn)為整個膜層的失效。根據(jù)納米劃痕測試,各樣品的臨界載荷對比如圖4所示,其中X表示在Si基上直接鍍制400 nm厚DLC膜樣品,測試條件同其他樣品。從圖4中可以看出,隨著DLC層與SiC層厚度比例的提高,Cu基DLC膜的臨界載荷逐漸降低。當(dāng)厚度比小于2.3時,其值接近或超過Si基DLC膜(厚度為400 nm)臨界載荷的80%,具備了較高的實用價值。該厚度比例過高(如9 ∶1)時,DLC層厚度過大,其內(nèi)應(yīng)力積累嚴(yán)重,這會直接導(dǎo)致膜層在外力作用下的破裂,從而在總體上影響膜層的附著性能。

典型的納米壓痕測試結(jié)果“載荷-壓入深度”曲線如圖5所示。測試針頭壓到最大壓入深度時使用的加載力越大,說明膜層對外力的承受能力越大,也就表明硬度越高;反之,硬度越低。由圖5可知,在壓入深度為1500 nm的條件下,對樣品S1使用的載荷最小,說明其納米硬度最低。樣品S4的硬度最高,這主要是因為樣品S4中DLC層的厚度最大,DLC的納米硬度比SiC的要高得多。因此,隨著DLC層與SiC層厚度比例的增大,整個膜層的納米硬度必然提高。對樣品的“載荷-壓入深度”曲線計算后,獲得樣品的納米硬度、楊氏模量等參數(shù)。對每個樣品的納米硬度取平均,繪于圖6中。由圖6可知,隨著DLC層與SiC層厚度比例的增大,Cu基多層DLC膜的納米硬度逐漸提高。金屬Cu的納米硬度不足2 GPa,可見設(shè)計膜系使其機(jī)械性能得到了極大提升。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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