| 微尺度织构化非晶碳基薄膜的可控制备及其摩擦学行为 | |
丁奇
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| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 胡丽天 ; 王立平 |
| 2012-05-26 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | 先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 激光织构化 非晶碳基薄膜 磁控溅射沉积 摩擦学性能 薄膜韧性 Laser Texturing Amorphous Carbon Film Magnetron Sputtering Deposition Tribology Coating Toughness |
| Abstract | 将表面织构化构筑与碳基固体润滑薄膜技术相结合形成表面多尺度织构化固体润滑薄膜，可以弥补甚至消除两类技术各自的局限性，实现两种优化技术的协同润滑效应，从而发展特殊环境下优异的摩擦副材料。本论文结合磁控溅射技术及激光表面织构技术，通过间接织构法和直接织构法成功制备出微尺度织构化非晶碳基薄膜。研究了间接法制备的织构化碳基薄膜的结构特点及织构化对其摩擦学性能的影响，系统考察了织构化碳基薄膜与金属以及聚合物的摩擦学配副依赖性；深入研究了直接法制备的织构化非晶碳基薄膜的微结构特点，探讨了激光加工过程中碳基薄膜表面特殊形貌和结构的形成机制，结合计算机有限元模拟方法，揭示了表面织构化对薄膜剥落、断裂等损伤行为的影响机理。主要结论如下： （1）在间接法制备织构化碳基薄膜过程中，织构化的基底对后续所沉积的薄膜结构及机械性能有显著影响。在优化的织构参数下，织构化可以改善薄膜的摩擦学性能，尤其可以提高薄膜的使用寿命。织构化碳基薄膜较优异的抗磨性能与其在沉积过程中所形成的特殊的横向梯度结构有关，亦与其摩擦过程中较低的石墨化相变程度有关。当织构化薄膜在水环境下与聚合物 PEEK配副时，在合适的织构化参数下，织构化碳膜表现出优异的摩擦学性能。 （2）在直接法制备织构化碳基薄膜时，含氢碳膜与无氢碳膜表现出不同的激光加工行为，无氢碳膜具有较好的加工形貌可控性，而含氢碳膜则出现多层状剥离现象。含氢碳膜与无氢碳膜不同的加工行为与其受激光辐照后不同的结构变化有关。激光加工过程中，极短时间内在薄膜深度方向产生大的热梯度分布以及由于碳膜受热相变产生独特的层间拉/压应力集中是含氢碳膜多层剥落现象的主要原因。 （3）直接激光织构化对于非晶碳基薄膜微观摩擦行为的改善程度存在很强的摩擦学配副依赖性，当与 Si3N4 陶瓷球配副时，表面织构化不利于碳膜微观摩擦性能的提升；当与钢球配副时，激光织构化对于降低摩擦系数非常有效。激光辐照后在碳膜结构中形成的区域化纳米石墨点阵与不同对偶材料的作用是影响织构化减摩效果的主要因素。 （4）直接激光织构化可以改善非晶碳基薄膜的宏观摩擦学性能，尤其可以抑制在高接触应力、长测试周期条件下碳基薄膜的脆性断裂、疲劳剥落等损伤形式。由于碳膜对热的独特的响应性能以及脉冲激光热流密度分布的特点，激光辐照后在非晶碳基薄膜中形成了横向上周期变化的软硬交替结构，在保持非晶碳膜的整体高硬度的同时，增强了其断裂韧性，进而延长了薄膜的使用寿命。 |
| Funding Project | 特种油脂和密封材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/2868 |
| Collection | 中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 丁奇. 微尺度织构化非晶碳基薄膜的可控制备及其摩擦学行为[D]. 中国科学院研究生院,2012. |
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| 201271丁奇.pdf（25212KB） | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | |||
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