| 非晶碳膜的PVD法制备、离子注入改性及其摩擦学性能研究 | |
| 韩修训 | |
| Subtype | 理学硕士 |
| Thesis Advisor | 阎逢元 |
| 2002-06-11 | |
| Degree Grantor | 中国科学院兰州化学物理研究所 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 非晶碳膜 摩擦学性能 直流磁控溅射 离子注入 Amorphous Carbon Films Tribological Performance Direct-current Magnetron Sputtering Ion implantatIon |
| Abstract | 本论文利用直流磁控溅射法在单晶硅基底上制备了非晶碳膜，考察了沉积气压和基底负偏压对薄膜结构和力学性能的影响，在此基础之上，通过两种方式进一步改善薄膜的力学及摩擦学性能：在同一沉积过程中改变基底负偏压制备梯度非晶碳涂层：在不同剂量下注入反应型（与碳）金属离子Cr和非反应型软金属离子Ag，考察离子种类及注入剂量对直流磁控溅射法制得非晶碳薄膜的结构、力学性能及摩擦学性能的影晌。最后对磁过滤阴极弧等离子体法制备的非晶碳膜和氮化钛层的摩擦性能及机理进行了初步考察。得到的主要结论如下： （1）随基底负偏压的增大，直流磁控溅射法制备非晶碳膜的硬度、致密度、涂层残余内应力亦显著增大：表面粗糙度逐渐减小。在同一沉积过程中通过改变负偏区（逐渐增大）可以获得同时具有较高硬度及较低内应为的梯度非晶碳膜，在各种偏压下制备的非晶碳膜耐磨性普遍较低，摩擦系数介于0.1-0.2之间。 （2）经过离子注入的非晶碳膜更趋无序化，sp3含量增多，这一变化趋势与注入离子的种类无关。适当剂量的离子注入通过辐射增强扩散效应、反冲作用使膜基界面宽化，非晶碳膜的耐磨性能增强。 （3）反应型注入离子Cr在较大离子注入剂量时能够形成Cr-C化合物，使非晶碳膜的脆性增大，磨损形式由低剂量下的粘着磨损转变为疲劳磨损，非反应型金属离子Ag的注入同时起到了结构改变和掺杂其混作用。 （4）在较低环境湿度下，综合摩擦与磨损性能，3×1016ions/cm2剂量下Cr离子注入非晶碳膜同时具有较低的摩擦系数和较高的耐磨寿命。在较高环境湿度下，各种剂量下Cr离子注入非晶碳膜的摩擦性能都有明显的改善。 （5）在较低环境湿度下，非反应型软金属离子Ag的注入，使膜层保持了较低摩擦系数的同时耐磨寿命明显提高：而在较高湿度下，银注入非晶碳膜的摩擦系数在摩擦过程中起伏较大，膜层表面有明显剥落。 （6）通过磁过滤法制备的非晶碳膜和氮化钛涂层都具有硬度高，耐磨性能好的特点。环境湿度增大，磁过滤法制备非晶碳膜的摩擦系数增大，耐磨寿命降低；与直流磁控溅射法相比，磁过滤法制备的氮化钛涂层具备低的摩擦系数。 |
| Subject Area | 薄膜材料 |
| Funding Project | 摩擦学材料设计与制备研究组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/5482 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 韩修训. 非晶碳膜的PVD法制备、离子注入改性及其摩擦学性能研究[D]. 中国科学院兰州化学物理研究所,2002. |
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