| 钨铝共掺杂含氢非晶碳薄膜的设计、制备及其性能研究 | |
| 龚秋雨 | |
| Subtype | 理学硕士 |
| Thesis Advisor | 郝俊英 |
| 2013-06-01 | |
| Degree Grantor | 中国科学院大学 |
| Department | 固体润滑国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 含氢非晶碳薄膜 中频磁控溅射 共掺杂 结合强度 摩擦与磨损 Hydrogenated Amorphous Carbon Films Medium Frequency Magnetron Sputtering Co-doping Adhesion Strength Friction And Wear |
| Abstract | 本论文利用中频磁控溅射技术制备了W,Al共掺杂含氢非晶碳((W,Al)/a-C:H)薄膜。研究了沉积工艺参数对薄膜组成和结构的影响，探讨了过渡层种类及厚度对薄膜内应力、结合力的影响，并考察了薄膜在不同测试条件及环境气氛下的摩擦学性能；探讨了薄膜组成、结构与性能之间的关系规律，并与 W/a-C:H 薄膜进行了比较。主要研究结果如下： 1.随甲烷流量的增加，(W,Al)/a-C:H 薄膜中 sp3C 含量呈现先升高后下降再升高的变化趋势。沉积薄膜表面均较为平滑。薄膜硬度与 sp3C 含量变化趋势相似。甲烷流量为 75 sccm时，薄膜表现出良好的摩擦学性能。随基底偏压的增加，薄膜中sp3C含量先升高后降低。基底偏压为-375 V时薄膜硬度最高，基底偏压为-125 V时，薄膜具有较好的摩擦学性能。 2.研究了过渡层的种类和厚度对(W,Al)/a-C:H薄膜内应力及结合力的影响。结果表明，以 W-Al 为过渡层时，薄膜结合力随过渡层的厚度增加呈现先升高后下降再升高的趋势，厚度约为400 nm过渡层的薄膜具有最大的膜-基结合强度。采用Ti 为过渡层时，膜-基结合强度总体提高了近50 %。退火处理结果显示，退火处理有利于改善薄膜的膜-基结合力。 3.大气环境下，载荷和滑动速度对(W,Al)/a-C:H 薄膜的摩擦系数有显著影响。在较低滑动速度下，(W,Al)/a-C:H 薄膜的摩擦系数较高，为 0.08-0.1。滑动速度为0.1 m/s 时，薄膜摩擦系数最低，为 0.03。随着载荷的增加，(W,Al)/a-C:H薄膜的摩擦系数单调下降，并在2 N时达到最低值0.032。在真空和N2 气氛下，薄膜很快失效，在He 气氛下，薄膜具有较低的摩擦系数和较好的耐磨性。 4.与 W/a-C:H 薄膜相比，(W,Al)/a-C:H 薄膜的 sp3C 含量略有下降，且表面更为光滑致密，(W,Al)/a-C:H薄膜的机械性能及摩擦学性能均优于W/a-C:H薄膜。W/a-C:H 薄膜内应力约为-1.4 GPa，而(W,Al)/a-C:H 薄膜内应力下降至约-0.85 GPa。(W,Al)/a-C:H 薄膜的膜-结合力也有一定程度地提高。大气环境下，(W,Al)/a-C:H薄膜的摩擦系数较W/a-C:H薄膜明显下降。 |
| Funding Project | 空间润滑材料组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/5537 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 龚秋雨. 钨铝共掺杂含氢非晶碳薄膜的设计、制备及其性能研究[D]. 中国科学院大学,2013. |
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