| 超厚类金刚石碳基薄膜多层界面特征及其摩擦学特性 | |
| 王军军 | |
| Subtype | 理学博士 |
| Thesis Advisor | 王立平 |
| 2014-05-26 | |
| 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 | 等离子体增强化学气相沉积 超厚类金刚石薄膜 超高承载 摩擦学性能 Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition Super-thick Diamond-likecarbon Film Ultra-high Load-bearing Capacity Tribological Property |
| Abstract | 本论文采用等离子体增强化学气相沉积法，通过多界面耦合结构制备了超厚类金刚石(DLC)碳基薄膜，考察了薄膜的结构、力学及摩擦学性能，并结合有限元模拟揭示了超厚DLC碳基薄膜具有优异性能的内在机理。主要研究内容与研究结果如下： (1) 制备了具有Si过渡层和掺Si的DLC碳基薄膜，研究了不同过渡层制备工艺和Si 含量对DLC薄膜性能的影响。研究结果表明，钢基底与薄膜之间形成的(Fe+Si+O混合层)/Si/(Si+C混合层)过渡层能够缓解因薄膜与基底间不匹配而产生的应力；Si掺杂能够降低薄膜自身的应力，通过控制掺入薄膜中的Si含量，可以调控薄膜中出现张应力或压应力。 (2) 制备了厚度大于50 µm的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n/DLC薄膜，研究了薄膜的结构、力学及摩擦学性能。研究结果表明，压应力、张应力的多层设计能够减小薄膜的内应力。制备的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n/DLC薄膜具有超高承载能力，可达3.2 GPa, 原因是随薄膜厚度增加，薄膜中出现最大集中应力的位置从膜基界面处向薄膜内部转移。另外，制备的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n/DLC 薄膜在不同环境，如大气、水及油等中都具有优异的摩擦学性能。 (3) 研究了超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n 薄膜高温环境下的结构以及摩擦学性能。研究结果表明，超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n 薄膜具有优异的热稳定性能，原因是超厚薄膜具有高的热阻特性，且有足够的厚度形成表面氧化层，氧化层的形成能够减小薄膜的氧化速率。同时，在原位高温(500 ℃)摩擦实验中，超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n 薄膜磨痕表面形成了SiC与SiO2混合层，且厚膜基界面处的应力较小，因此，薄膜具有优异的高温摩擦学性能。这说明增加DLC碳基薄膜的厚度是提高DLC薄膜高温摩擦性能的一种有效手段。 (4) 利用有限元方法模拟了在不同基底上沉积的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n薄膜在受外力时的 应力分布情况， 考察了不同基底上沉积的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n薄膜在不同载荷条件下的摩擦学性能。研究结果表明，基底将影响膜基界面处的应力，进而影响薄膜的失效，导致不同基底上沉积的超DLC碳基薄膜摩擦系数随载荷的增加表现出不同的变化趋势。较软基底上沉积的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n薄膜的摩擦系数随载荷增加而逐渐减小；较硬基底上沉积的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n薄膜摩擦系数随载荷增加先减小后增加，直至薄膜失效。 |
| Subject Area | 材料科学与物理化学 |
| Funding Project | 低维材料摩擦学组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/6743 |
| Collection | 固体润滑国家重点实验室（LSL） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 王军军. 超厚类金刚石碳基薄膜多层界面特征及其摩擦学特性[D]. 中国科学院大学,2014. |
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| 201417王军军.pdf（9040KB） | 开放获取 | CC BY-NC-SA | View Application Full Text | |||
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