針對(duì)碳基薄膜存在的高應(yīng)力問(wèn)題,利用單極脈沖等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積技術(shù)在單晶硅襯底上制備了含氫類富勒烯/非晶層交替構(gòu)成的類金剛石多層膜。采用高分辨透射電子顯微鏡和激光拉曼光譜儀分析了多層膜的結(jié)構(gòu)特征;用X射線光電子能譜分析了薄膜的化學(xué)鍵狀態(tài);用納米壓痕儀測(cè)定了薄膜的硬度和彈性模量;在CSM往復(fù)式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上考察了薄膜在大氣下的摩擦學(xué)性能,同時(shí)比較了多層膜與非晶、類富勒烯薄膜的力學(xué)性能和摩擦磨損性能。結(jié)果表明:多層膜的硬度高于非晶和類富勒烯單層薄膜,達(dá)到28.78GPa;在大氣環(huán)境下與Si3N4球?qū)δr(shí)平均摩擦因數(shù)略低于類富勒烯單層膜,耐磨性明顯優(yōu)于單層非晶和類富勒烯薄膜。 

【文章來(lái)源】：中國(guó)表面工程. 2016,29(01)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１多層膜的斷面形貌Ｆｉｇ．１Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｆｉｌｍ

前后襯底的曲率半徑，按照Ｓｔｏｎｅｙ［１２］方程計(jì)算薄膜的內(nèi)應(yīng)力。２結(jié)果與討論２．１薄膜的微觀結(jié)構(gòu)２．１．１斷面形貌圖１是類富勒烯／非晶多層膜的斷面形貌�？梢钥闯龆鄬幽づcＳｉ基體有明顯的分界面，類富勒烯結(jié)構(gòu)與非晶結(jié)構(gòu)由于其亞層厚度�。ǎ玻担睿恚╋@示不出分層結(jié)構(gòu)，而表現(xiàn)為整體結(jié)構(gòu)均勻、致密，表面光滑平整。圖１多層膜的斷面形貌Ｆｉｇ．１Ｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉｌａｙｅｒｆｉｌｍ２．１．２ＨＲＴＥＭ分析圖２是非晶亞層膜、類富勒烯亞層膜的ＨＲ－ＴＥＭ和相應(yīng)選區(qū)電子衍射（ＳＡＥＤ）圖�？梢钥闯龇蔷唽幽け憩F(xiàn)為沒(méi)有任何特點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu)，其相應(yīng)的選區(qū)電子衍射花樣為典型非晶碳膜的暈環(huán)。而在類富勒烯亞層膜的非晶基體上卻分布有大量不連續(xù)的且相互擠壓，緊扣的彎曲狀納米結(jié)構(gòu)，其指環(huán)狀的結(jié)構(gòu)顯示是與碳納米管和碳洋蔥相似結(jié)構(gòu)［１３］的彎曲石墨片，相應(yīng)的選區(qū)電子衍射（ＳＡＥＤ）圖顯示有３個(gè)彌散的環(huán)出現(xiàn)，從里往外分別對(duì)應(yīng)于３．５?，２．０?和１．１５?的面間距。其中，２．０?和１．１５?這兩個(gè)面間距和非晶圖２亞層膜的平面ＨＲＴＥＭ和選區(qū)電子衍射（ＳＡＥＤ）圖Ｆｉｇ．２ＨＲＴＥＭｉｍａｇｅｓａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＳＡＥＤｐａｔｔｅｒｎｓｏｆｔｈｅｓｕｂｌａｙｅｒｆｉｌｍ５３

中國(guó)表面工程２０１６年碳［１１］的相似，而３．５?的面間距非常吻合石墨的（００２）［１４］面的面間距，顯示其來(lái)源于彎曲的石墨片層結(jié)構(gòu)。２．１．３拉曼光譜分析對(duì)碳材料來(lái)講拉曼光譜是一種非常有效的結(jié)構(gòu)表征方法，它可以通過(guò)不同的振動(dòng)方式和強(qiáng)弱能很好地分辨碳材料的微觀結(jié)構(gòu)。圖３是非晶亞層膜和類富勒烯亞層膜的拉曼光譜。對(duì)于非晶亞層膜，其寬泛的拉曼光譜可以分解為兩個(gè)峰，即Ｇ峰（由所有環(huán)狀和鏈狀ｓｐ２鍵的伸縮振動(dòng)引起的）和Ｄ峰（與環(huán)狀ｓｐ２鍵的呼吸振動(dòng)模式有關(guān)），其峰位分別為１５３４ｃｍ－１和１３４１ｃｍ－１，與典型非晶碳?xì)浔∧さ睦庾V相符［１５］。而類富勒烯亞層膜，其拉曼光譜由于在１２００ｃｍ－１附近有一寬峰，如果按照常規(guī)將其分解為兩個(gè)峰，不能得到較好的分峰結(jié)果。因此，除Ｄ峰和Ｇ峰外，在１２００ｃｍ－１和１４７０ｃｍ－１附近分別引入兩個(gè)峰后其光譜能得到很好的擬合結(jié)果，其峰位分別為１２５２、１４００、１４９６和１５４０ｃｍ－１。通常，１４９６ｃｍ－１附近的峰作為１２５２ｃｍ－１附近峰的伴峰出現(xiàn)［１６］。１２５２ｃｍ－１峰來(lái)源于彎曲石墨的七元環(huán)，１４９６ｃｍ－１峰則來(lái)源于彎曲石墨的五元環(huán)［１７］。由ＨＲＴＥＭ觀察和拉曼光譜分析可以確定類富勒烯亞層膜是一種在非晶基體上鑲嵌有類富勒烯納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合薄膜。２．１．４ＸＰＳ分析ＸＰＳ能譜常常被用來(lái)測(cè)定碳薄膜的化學(xué)鍵合能及ｓｐ３含量［１８］。圖４是非晶亞層膜和類富勒烯亞層膜的ＸＰＳＣ１ｓ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]類金剛石多層膜在不同環(huán)境下的摩擦磨損行為研究[J]. 張偉,張紓,田中章浩,徐濱士.  摩擦學(xué)學(xué)報(bào). 2006(06)
[2]磁過(guò)濾真空弧源沉積技術(shù)制備C/C多層類金剛石膜及其摩擦磨損性能研究[J]. 溝引寧,孫鴻,黃楠,張文英,冷永祥.  摩擦學(xué)學(xué)報(bào). 2006(02)

博士論文
[1]含類富勒烯氫化碳膜的制備及其特性研究[D]. 王琦.蘭州大學(xué) 2009



本文編號(hào)：3623174