磁场辅助激光生长类金刚石膜的微结构及光学性能

在脉冲激光沉积技术中引入非均匀磁场,探索磁场约束激光等离子体条件下生长类金刚石膜的特性,为进一步提高类金刚石膜中sp~3键含量、增强微结构调控提供理论和实验基础.计算了磁场的磁感应强度及其磁力线分布,仿真了碳离子在磁场约束下的飞行轨迹,显示出磁场限制了碳离子的自由膨胀,使其螺旋前进并向永磁体中心区域聚集.膜层表面干涉和椭偏测量的拟合参数显示,磁场的磁感应强度越高,激光生长类金刚石膜的厚度及光学性能越不均匀.拉曼光谱及其拟合结果显示,磁场有利于提高碳网络结构的局部压力、提高膜层中的sp~3键含量.

类金刚石膜层制备及摩擦磨损性能

为解决某型扭力臂轴及配合衬套的磨损问题,使用磁控溅射和等离子增强化学气相沉积技术,在30CrMnSi-Ni2A表面制备了渐变过渡结构的类金刚石膜层(DLC)。使用球磨法、纳米压痕法、划痕法测量DLC膜层性能,膜厚为4.3μm,硬度≥1900 HV,膜基结合力≥30 N。经过滑动磨损测试,膜层摩擦系数≤0.2,摩擦磨损率≤2×10^(-6) mm^(3)·r^(-1)。经过20000转次耐磨测试,与硬铬镀层的扭力臂轴对比,DLC膜层配合衬套的磨损量远低于硬铬镀层配合衬套,可满足扭力臂轴耐磨润滑需求。

CVD金刚石膜研究进展

金刚石由于其优异的声、光、电、热和力学性能,是重要的功能材料之一。金刚石的制备方法主要有高温高压方法和低压化学气相沉积方法。化学气相沉积法因制备得到的样品质量高、面积大,设备简单、可规模化等特性,是合成金刚石膜的重要方法。为了实现低合成压力条件下的金刚石膜的均匀、快速、大尺寸、高质量生长,目前研究人员在金刚石低压生长的控制方面做出了深入的研究。文章综述了近年来化学气相沉积法(包括热丝CVD法、离子体增强CVD法、燃烧火焰CVD法)生长金刚石膜的研究进展,包括金刚石膜的生长机理、关键设备、关键工艺参数等。此外,还详细讨论了生长过程中的关键工艺参数与金刚石膜生长速率和质量的关系,这些对化学气相沉积制备金刚石膜的研究、生产至关重要。

离子氮化对高速钢表面类金刚石膜性能的影响

根据空心阴极原理,研究了离子氮化对高速钢表面渗氮层的厚度、硬度等影响.在此基础上,研究了气体体积配比对渗氮后高速钢表面沉积的类金刚石膜的结合力、sp3键含量和耐磨性能的影响.研究结果表明:离子氮化后,高速钢表面镀膜结合力明显提高,由10.35 N提高至18.56 N;降低气体体积配比中CH_(4)的含量有利于提高膜层中sp3键的含量,高速钢耐磨性能明显提升,摩擦系数由0.175降至0.1.离子氮化可有效提高高速钢表面沉积的类金刚石膜性能.

纳米金刚石膜/{100}晶面多晶金刚石膜台阶法快速生长研究

通过高功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)以及台阶式基底排列方法,可以在一次沉积过程中同时沉积纳米晶粒及<100>取向的{100}面多晶金刚石薄膜。详细比较在同一次沉积中同时制备的多种不同类别的金刚石产物的生长速率。采用台阶法并添加少量空气,微波功率从2.0k W增加至3.2 kW,在下面大硅片上生长的纳米金刚石膜的平均生长速率可从0.3μm/h增大到3.0μm/h;而在上面小硅片上生长的纳米金刚石膜的平均生长速率从3.8μm/h也增加到11.2μm/h,同时产物也转变为{100}晶面的多晶膜。另外,在上面小硅片上生长的金刚石膜的边角效应明显,在边界生长的金刚石产物的生长速率更高,从17.0μm/h增大到27.1μm/h。该结果表明少量氮气和氧气同时添加对金刚石生长的形貌多样性调节作用和对生长速率的提升作用强烈依赖于生长条件。

面向散热应用的碳化硅表面热丝化学气相沉积金刚石膜生长速率

金刚石具有极高的导热系数,在热管理中具有广阔的应用前景.基于热丝化学气相沉积法,采用多次沉积工艺在碳化硅表面制备了金刚石厚膜.采用扫描电子显微镜和拉曼光谱仪对金刚石膜进行了表征,系统地研究了热丝功率、碳源浓度和反应压力等工艺参数对金刚石生长速率及质量的影响.研究结果表明,当热丝功率为1600 W、碳源浓度在形核阶段为18/300和生长阶段为14/300、反应压力为4 kPa时制备的金刚石膜质量最佳,此时金刚石膜生长速率约为1.4μm/h.

TiZrNbTaMo高熵合金表面化学气相沉积制备多晶金刚石膜

本文以亲碳元素组成的TiZrNbTaMo高熵合金作为基材,通过化学气相沉积的方法在其表面沉积金刚石膜。结果表明:金刚石能够在TiZrNbTaMo高熵合金表面快速形核,形核密度高达7.53×109cm^(-2),且在30 min内形成连续的金刚石膜;金刚石在TiZrNbTaMo高熵合金表面的形核密度及生长速率远高于在组成高熵合金的单质金属表面的形核密度及生长速率。这是由于在金刚石形核及生长初期,高熵合金表面能够快速形成混合碳化物层,阻碍碳原子向合金基材扩散,使其富集在碳化物层表面,促进金刚石的形核和生长。沉积金刚石后的Ti ZrNbTaMo高熵合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的抗腐蚀能力显著提升。本文结果为金属材料表面高效率沉积高形核密度的金刚石以及改善高熵合金表面硬度和耐腐蚀性能提供了新的思路和方法。

厚类金刚石膜研究进展

类金刚石膜是一种由sp3和sp2混合的亚稳态碳膜。因其良好的力学性能、较低的摩擦系数、优异的抗磨损性能,在石油、航空航天、汽车零部件、医学和光学领域被广泛应用。但因类金刚石膜中存在大的内应力,类金刚石膜的厚度受到限制,而在摩擦磨损过程中很易被损坏,极大限制了类金刚石膜在某些领域的应用。概述了类金刚石膜的组织特点、主要制备方法。同时归纳了厚类金刚石膜的研究现状及降低DLC涂层内应力方面的研究进展,并对目前研究成果中存在的问题进行了总结。

基于玻璃碳基底的超薄自支撑多晶金刚石膜制备

选取Ti、Si、玻璃碳3种基底,采用微波等离子体化学气相沉积技术,以CH_(4)/H_(2)为反应源制备超薄多晶金刚石膜。通过SEM、Raman、台阶仪表征并分析所制备的金刚石薄膜整体形态、表面(断面)形貌、组成、应力状态等。结果表明:仅以玻璃碳为基体生长的金刚石膜能自动剥离形成完整自支撑体,且薄膜表面晶粒的晶面显形清晰,膜厚仅为10μm;Raman光谱表征表明薄膜呈强的尖锐金刚石特征峰,且计算的残余应力最低,仅有−0.2161 GPa。可为超薄自支撑CVD金刚石膜的一步法生长-剥离提供新的技术途径。

2英寸MPCVD光学级均匀金刚石膜的制备研究

均匀生长大尺寸光学级金刚石膜一直是微波化学气相沉积(Microwave plasma chemical vapor deposition,MPCVD)金刚石研究领域的热点和难点,沉积台的结构与位置对于金刚石膜均匀性以及厚膜生长的长期稳定性至关重要。本研究通过COMSOL模拟结合实验研究了沉积台高度对衬底表面电场均匀性、等离子体状态和温度均匀性的影响规律,优化了光学级金刚石膜均匀生长的工艺参数,在最佳沉积台高度(2 mm)下沉积得到的2英寸金刚石膜(最大厚度337μm),厚度不均匀性<11%,从膜中心到边缘的拉曼半峰全宽为3~4 cm^(-1),可见光波段内最高透过率为69%~70%,10.6μm处红外透过率为70%。结果表明:金刚石膜的厚度和品质较为均匀,实现了两英寸光学级金刚石膜的均匀沉积。沉积台高度对衬底表面的电场分布、等离子体形状和温度分布都有一定影响,随着沉积台高度增加,衬底表面电场分布均匀性和温度均匀性得到明显改善,且衬底表面的等离子体分布更均匀,H原子和含碳基团的浓度增加。

掺硼金刚石膜电极电解染料废水的研究

掺硼金刚石膜电极在电化学方面具有很大的优势,常被应用于有机废水的处理领域。本文用掺硼金刚石膜电极作为阳极来电解处理酸性红染料水溶液,观察溶液颜色变化并测试溶液COD值,确认了掺硼金刚石膜电极电解处理有机物废水方案具有可行性。提高电极电流密度、降低电解液流速都能够显著提高电极的COD处理能力,增加COD去除率,降低COD处理能耗。对于低浓度的染料溶液(初始COD值400 mg/L左右),选取电解液流速400 m L/min,电极电流密度60 m A/cm^(2),掺硼金刚石膜电极可以在3~4 h内将染料溶液电解至无色,COD去除率能够达到90%以上。

金刚石和类金刚石膜研究及其在电声领域中的应用

金刚石和类金刚石膜是当今材料界的研究热点之一，有着极其诱人的应用前景。本文简要综述了该膜系的发展过程和现在水平。并结合作者自己的研究工作，对膜系应用于扬声器振膜上以提高其高频响应范围的研究和应用工作进行较全面的调研，综述了国内外在该领域的最新进展。

高品质金刚石膜微波等离子体CVD技术的发展现状

金刚石膜拥有许多优异的性能。在制备金刚石膜的各种方法之中,高功率微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法因其产生的等离子体密度高,同时金刚石膜沉积过程的可控性和洁净性好,因而一直是制备高品质金刚石膜的首选方法。在世界范围内,美、英、德、日、法等先进国家均已掌握了以高功率MPCVD法沉积高品质金刚石膜的技术。但在我国国内,高功率MPCVD装备落后一直是困扰我国高品质金刚石膜制备技术发展的主要障碍。首先综述国际上高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术的发展现状,包括各种高功率MPCVD装置的特点。其后,回顾了我国金刚石膜MPCVD技术的发展历史,并介绍北京科技大学近年来在发展高功率MPCVD装备和高品质金刚石膜制备技术方面取得的新进展。

用镀有钛过渡层的钼衬底制备无裂纹自支撑金刚石膜

为了解决金刚石膜脱膜开裂的问题,尝试了一种复合衬底,即镀有钛过渡层的钼衬底。利用直流等离子体喷射法在复合衬底上制备了不同厚度无裂纹的自支撑金刚石膜。用扫描电镜(SEM)、拉曼谱和X射线衍射表征金刚石膜的特征,并检测了其断裂强度。结果表明,用复合衬底制备的金刚石膜在950℃具有最小半高宽,在实验温度下所获得的金刚石自支撑膜的断裂强度均超过了500MPa。

金刚石膜技术及应用

金刚石膜突破了人造金刚石在尺寸上的限制,使金刚石的优异性能得到了充分的发挥,从而大幅度拓展了金刚石的应用领域。文章叙述了金刚石膜及其发展历程,综述了其日益繁多的制造技术以及在现代技术中越来越广阔的应用,对我国金刚石膜技术应用中存在的问题及其发展前景提出了一些看法。

CVD金刚石膜激光切割工艺研究

研究了焦点位置、输出功率和不同气体切割环境对金刚石膜切割的影响,给出了采用NdYAG激光器切割金刚石膜的具体方法。

金属掺杂类金刚石膜的研究进展

金属掺杂类金刚石（Diamond—like Carbon，DLC）膜可以优化纯类金刚石膜的很多性能。金属掺杂DLC膜不仅在缓解薄膜应力方面具有良好的效果，而且还能改变薄膜的力学和摩擦磨损性能。目前，掺杂DLC膜正以单一掺杂向复合掺杂、均匀掺杂向梯度掺杂发展。文章对掺杂DLC膜的研究进展作了概括及分析。

金刚石膜与冷阴极场发射显示器

金刚石膜的出现突破了传统人造金刚石尺寸的限制,使得金刚石的电学、热学、光学和电子学等方面的优异性能得到了利用,极有可能为超硬材料行业开拓新的更大的市场。金刚石膜或类金刚石膜用来作为场发射的阴极,是其极具前景的应用之一。文章叙述了冷阴极场发射的概念、金刚石膜的性能和用作冷阴极场发射显示器的相关研究,介绍了国内外相关研究的成果和发展前景,供同行参考。

CO_2-CH_4沉积气氛中金刚石膜晶粒尺寸的控制研究

目的在无氢气沉积环境中研究CO_2与CH_4的流量比对金刚石膜生长及晶粒尺寸的影响规律。方法采用MPCVD技术,通过调控CO_2与CH_4的流量比,可控性地制备得到不同结构特征的金刚石膜,通过SEM、XRD以及Raman光谱对金刚石膜进行表征分析,获得CO_2与CH_4的流量比对金刚石膜晶粒尺寸的影响规律。结果在微波功率、沉积气压、基片温度和CH_4流量分别为1.2 k W、7.0 k Pa、850℃和50 mL/min的沉积环境下,当CO_2流量为20和25 mL/min时,可制备得到纳米金刚石膜;当CO_2流量为30和35 mL/min时,可制备得到微米金刚石膜;当CO_2流量为67 mL/min时,可获得金刚石颗粒。在保持其他工艺条件不变时,通过调控微波功率分别为0.9、1.4和1.8 k W,金刚石膜的晶粒尺寸随CO_2/CH_4的变化可分为:纳米金刚石膜区(CO_2/CH_4<50%)、微米金刚石膜区(CO_2/CH_4>60%)及纳米-微米过渡区(50%<CO_2/CH_4<60%)。结论降低CO_2与CH_4流量比,有利于减小晶粒尺寸。

金刚石膜电极对有机污染物的电催化特性

研究了化学气相沉积法 (CVD)制备得到的掺硼金刚石膜电极的物理性质和电化学性能 .用扫描电子显微镜 (SEM )法表征了金刚石膜的表面微观结构 ,采用循环伏安法和交流阻抗法研究了电极的电化学性质 .结果表明 ,金刚石薄膜表面形态为复晶结构 ,颗粒大小均匀 ,掺硼后使电极具有良好的导电性能 .金刚石膜电极具有很宽的电势窗口 ,在酸性、中性和碱性 3种介质中分别为 4 3V、4 0V和 3 0V .同时 ,金刚石膜电极的背景电流非常低 ,为 - 9× 1 0 -6～ 5× 1 0 -7A .在铁氰化钾电解液中 ,金刚石膜电极表面在反应过程中始终保持良好的活性 ,在表面进行的电化学反应具有良好的准可逆性 ,其电极动力学主要是受扩散过程所控制 .金刚石膜电极对有机污染物的催化氧化作用具有选择性 .与铂电极和石墨电极相比 ,金刚石膜电极对苯酚、硝基苯等芳香化合物的催化氧化强烈 ,氧化过程较为简单、彻底 .