類金剛石（DLC）薄膜具有高硬度、良好的化學穩(wěn)定性、低摩擦系數(shù)等一系列優(yōu)點而受到廣泛關注。但由于制備技術的限制,導致薄膜存在內應力高和韌性低等缺陷,從而制約其實用化發(fā)展。本論文以選擇性金屬元素摻雜類金剛石薄膜技術為主導,以降低薄膜內應力、改善薄膜韌性為目的,利用陰極電弧沉積技術制備了單元素Ti摻雜（Ti-DLC）和Al元素摻雜（Al-DLC）復合薄膜,分析了不同鍵合特性的金屬元素對DLC薄膜的微觀結構和力學性能的影響。在此研究基礎上制備出雙元素N-Ti共摻（N,Ti）-DLC和N-Al共摻（N,Al）-DLC復合薄膜,探索了不同制備工藝及參數(shù)與雙元素共摻DLC復合薄膜的微觀結構、成分、表面形貌和力學性能之間的聯(lián)系,并在該研究基礎上得出最佳工藝條件。研究結果表明:（1）利用陰極電弧沉積技術在單晶硅（100）基體上制備了純DLC薄膜和Ti-DLC、Al-DLC復合薄膜。通過與純DLC薄膜對比發(fā)現(xiàn):薄膜中摻入金屬元素影響了薄膜的微觀結構、表面形貌和力學性能。Ti和Al元素摻入薄膜后促進了C-sp~2雜化鍵團簇的增長,薄膜內應力得到有效釋放,表面粗糙度增加,薄膜的硬度降低,但Al-DLC復合薄... 

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 類金剛石薄膜的結構及分類
    1.2 類金剛石薄膜的制備方法
        1.2.1 物理氣相沉積技術
        1.2.2 化學氣相沉積技術
    1.3 類金剛石薄膜的性質和應用
    1.4 類金剛石薄膜存在的問題
    1.5 元素摻雜DLC復合薄膜研究現(xiàn)狀
        1.5.1 金屬元素摻雜DLC復合薄膜
        1.5.2 非金屬元素摻雜DLC復合薄膜
        1.5.3 多元素共摻DLC復合薄膜
    1.6 本論文研究目的、主要內容及意義
第二章 類金剛石薄膜的制備工藝及表征
    2.1 薄膜制備裝置
    2.2 薄膜制備工藝
    2.3 類金剛石復合薄膜的表征方法
        2.3.1 薄膜的結構和成分表征
        2.3.2 薄膜的表面形貌表征
        2.3.3 薄膜的內應力分析
        2.3.4 薄膜的硬度和韌性分析
第三章 Al-DLC和Ti-DLC復合薄膜的制備及力學性能研究
    3.1 引言
    3.2 純DLC薄膜及金屬摻雜-DLC復合薄膜的制備及分析
        3.2.1 純DLC薄膜和金屬摻雜DLC薄膜的制備
        3.2.3 純DLC薄膜和金屬摻雜DLC薄膜的微觀結構分析
        3.2.4 純DLC薄膜和金屬摻雜DLC薄膜的表面形貌分析
        3.2.5 純DLC薄膜和金屬摻雜DLC薄膜的力學性能分析
    3.3 本章小結
第四章 (N,Ti)-DLC復合薄膜的制備及力學性能研究
    4.1 引言
    4.2 (N,Ti)-DLC復合薄膜的制備及分析
        4.2.1 (N,Ti)-DLC復合薄膜的制備
        4.2.2 (N,Ti)-DLC復合薄膜的微觀結構分析
        4.2.3 (N,Ti)-DLC復合薄膜的成分分析
        4.2.4 (N,Ti)-DLC復合薄膜的表面形貌分析
        4.2.5 (N,Ti)-DLC復合薄膜的力學性能分析
    4.3 本章小結
第五章 (N,Al)-DLC復合薄膜制備及力學性能研究
    5.1 引言
    5.2 (N,Al)-DLC復合薄膜的制備及分析
        5.2.1 (N,Al)-DLC復合薄膜的制備
        5.2.2 (N,Al)-DLC復合薄膜的微觀結構分析
        5.2.3 (N,Al)-DLC復合薄膜的成分分析
        5.2.4 (N,Al)-DLC復合薄膜的表面形貌分析
        5.2.5 (N,Al)-DLC復合薄膜的力學性能分析
    5.3 本章小結
第六章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 展望
參考文獻
攻讀碩士期間的學術成果
致謝



本文編號：3687717