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知识库

目的 为在高温工况下服役的含氢碳（a–C:H）薄膜的制备提供新思路。方法 首先利用 DP–PECVD 和 BiP–PECVD 两种方法分别在 Si 基底上制备了两种本征结构不同的 a–C:H 薄膜，分别在350、450、550、650 ℃下进行退火处理。通过纳米硬度、X 射线光电子能谱、傅里叶转变红外光谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描电镜及 CSM 摩擦试验机等，分别评价了未退火和不同退火温度下两种不同结构 a–C:H 薄膜的结构、表面形貌、力学及摩擦学等性能。研究了不同本征结构 a–C:H 薄膜对退火行为的影响。结果 DP–PECVD 方法在制备 a–C:H 薄膜（A 薄膜）的过程中具有更高的沉积速率，是 BiP–PECVD 法（B 薄膜）的1.52倍。 随着退火温度的增加，两种方法制备的 a–C:H 薄膜均发生 H 脱附，但是 A 薄膜的脱 H 转变点为450 ℃，B 薄膜的脱 H 转变点为350 ℃。DP–PECVD 法制备的 a–C:H 薄膜在 H 脱附过程中更容易形成 sp3 –C，而 BiP–PECVD 法制备的 a–C:H 薄膜在此过程中形成 sp3 –C 和 sp2 –C 杂化键的概率基本相同。BiP–PECVD 法制备的 a–C:H 薄膜在退火过程中更容易失去 H，且在450 ℃以上出现大面积剥离，摩擦失效。而 DP–PECVD 法制备的碳薄膜则表现出更好的热和摩擦学稳定性，在350~650 ℃均可保持薄膜的完整性，并且在350~550 ℃退火后保持低至约0.06 的摩擦因数。结论 DP–PECVD 方法制备的 a–C:H 薄膜具有更好的热稳定性、力学稳定性及摩擦学稳定性。