本文關(guān)鍵詞：粒子入射角變化條件下類金剛石碳膜的制備及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文利用中頻磁控濺射技術(shù)以純石墨靶/純石墨靶甲烷為碳源在單晶硅基底上制備了不含氫/含氫類金剛石碳膜(hydrogen-free/hydrogenated amorphous carbon,a-C/a-C:H),考察了粒子入射角度以及粒子掠入射周期(基底轉(zhuǎn)動(dòng)速度)對(duì)薄膜表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)和摩擦學(xué)性能的影響,主要研究?jī)?nèi)容如下:1.研究了粒子入射角度對(duì)a-C薄膜表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響。結(jié)果表明,隨著粒子入射角度的增加,薄膜沉積速率呈現(xiàn)近余弦規(guī)律的減小趨勢(shì),表面均方根粗糙度經(jīng)歷緩慢增大和急劇增大兩個(gè)階段。XPS和Raman分析結(jié)果顯示:隨著粒子入射角度的增加薄膜中sp3/sp2比率減小。薄膜的硬度隨著粒子入射角度的增加逐漸減小;薄膜內(nèi)應(yīng)力隨粒子入射角度的增加出現(xiàn)壓應(yīng)力向拉應(yīng)力的轉(zhuǎn)變,壓-拉應(yīng)力轉(zhuǎn)換點(diǎn)介于30°到45°之間,且應(yīng)力值先減小后增大。隨粒子入射角度的增加,薄膜摩擦系數(shù)增大,耐磨性變差。2.研究了粒子入射角度對(duì)a-C:H薄膜表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響。結(jié)果表明,隨著粒子入射角度的增加,沉積速率先增大后減小,15°時(shí)薄膜沉積速率最高,為10.24 nm/min;薄膜表面陰影效應(yīng)加劇,表面均方根粗糙度逐漸增大。Raman和XPS分析結(jié)果顯示,隨著粒子入射角度的增加,薄膜sp3/sp2比率在0.86-1.22之間呈現(xiàn)先增加后減小再增加的變化趨勢(shì)。與a-C薄膜相類似,薄膜內(nèi)應(yīng)力隨粒子入射角度的增加同樣出現(xiàn)壓應(yīng)力向拉應(yīng)力的轉(zhuǎn)變。粒子入射角度為30°時(shí)制備的薄膜內(nèi)應(yīng)力低而硬度最大,分別為-0.037 Gpa和14.22 Gpa。因此,可以通過(guò)合理控制粒子入射角度來(lái)制備超低應(yīng)力的薄膜。3.研究了基底轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)a-C和a-C:H薄膜表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)及性能的影響。結(jié)果表明,基底轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致薄膜生長(zhǎng)模式從基底固定時(shí)的連續(xù)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樵?分子)層生長(zhǎng)。對(duì)于a-C薄膜,基底轉(zhuǎn)動(dòng)條件下生長(zhǎng)速率約為基底固定時(shí)的1/3,且隨著基底轉(zhuǎn)速的增加逐漸減小;3 r/min時(shí)沉積薄膜表面均勻光滑,此后隨著轉(zhuǎn)動(dòng)速度的增大薄膜表面粗糙增大;隨著基底轉(zhuǎn)動(dòng)速度的增加,薄膜sp3/sp2比率呈近似線性減小趨勢(shì),硬度逐漸減小,耐磨性變差。而對(duì)于a-C:H薄膜,基底轉(zhuǎn)動(dòng)條件下生長(zhǎng)速率約為基底固定時(shí)的1/2;表面粗糙度隨基底轉(zhuǎn)動(dòng)速的變化規(guī)律與a-C薄膜剛好相反,在3 r/min時(shí)表面粗糙度最大,為0.58 nm�；邹D(zhuǎn)動(dòng)條件下制備的薄膜均具有相對(duì)較高的硬度和楊氏模量,摩擦系數(shù)較為穩(wěn)定。
【關(guān)鍵詞】：類金剛石碳膜 粒子入射角 表面形貌 力學(xué)性能 摩擦學(xué)性能
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 非晶碳膜的結(jié)構(gòu)和分類10-12
• 1.2 類金剛石薄膜的生長(zhǎng)模型12-13
• 1.3 類金剛石碳膜的制備13-15
• 1.3.1 物理氣相沉積(PVD)14
• 1.3.2 化學(xué)氣相沉積(CVD)14
• 1.3.3 液相沉積技術(shù)14-15
• 1.4 非晶碳膜的表征15-17
• 1.4.1 形貌分析15
• 1.4.2 結(jié)構(gòu)分析15-17
• 1.5 類金剛石碳膜的應(yīng)用17-18
• 1.6 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.7 本文的選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容20-22
• 1.7.1 選題依據(jù)20-21
• 1.7.2 主要研究?jī)?nèi)容21-22
• 第二章 粒子入射角度對(duì)a-C薄膜表面形貌、微結(jié)構(gòu)及性能影響的研究22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分22-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)裝置22
• 2.2.2 薄膜的制備22-23
• 2.3 薄膜的表征23-24
• 2.4 結(jié)果與討論24-36
• 2.4.1 沉積速率24-25
• 2.4.2 形貌分析25-28
• 2.4.2.1 SEM分析25-26
• 2.4.2.2 AFM分析26-28
• 2.4.3 XPS分析28-30
• 2.4.4 Raman光譜30-32
• 2.4.5 粒子入射角度對(duì)a-C薄膜性能的影響32-36
• 2.4.5.1 力學(xué)性能32-35
• 2.4.5.2 摩擦學(xué)性能35-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 粒子入射角度對(duì)a-C:H薄膜表面形貌、微結(jié)構(gòu)及性能影響的研究37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 薄膜的制備與表征37
• 3.3 結(jié)果與討論37-46
• 3.3.1 沉積速率37-39
• 3.3.2 AFM分析39-40
• 3.3.3 XPS分析40-42
• 3.3.4 Raman光譜42-43
• 3.3.5 粒子入射角度對(duì)a-C:H薄膜性能的影響43-46
• 3.3.5.1 力學(xué)性能43-44
• 3.3.5.2 摩擦學(xué)性能44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 基底轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)a-C薄膜表面形貌、微結(jié)構(gòu)及性能影響的研究47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 薄膜的制備47-48
• 4.3 薄膜的表征48
• 4.4 結(jié)果與討論48-55
• 4.4.1 沉積速率48-49
• 4.4.2 AFM分析49-51
• 4.4.3 XPS分析51-52
• 4.4.4 Raman光譜52-53
• 4.4.5 基底轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)a-C薄膜性能的影響53-55
• 4.5 本章小結(jié)55-56
• 第五章 基底轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)a-C:H碳膜表面形貌、微結(jié)構(gòu)及性能影響的研究56-65
• 5.1 引言56
• 5.2 薄膜的制備與表征56
• 5.3 結(jié)果與討論56-63
• 5.3.1 沉積速率56-57
• 5.3.2 AFM分析57-59
• 5.3.3 XPS分析59-60
• 5.3.4 Raman光譜60-61
• 5.3.5 基底轉(zhuǎn)動(dòng)速度對(duì)a-C:H薄膜性能的影響61-63
• 5.4 本章小結(jié)63-65
• 結(jié)論65-67
• 1.主要結(jié)論65-66
• 2.本文的創(chuàng)新之處66-67
• 參考文獻(xiàn)67-75
• 致謝75-76
• 附錄A 攻讀碩士學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄76

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