磁过滤真空弧源沉积技术制备C/C多层类金刚石膜及其摩擦磨损性能研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在S i基体和GCr15基体表面制备了C/C多层DLC膜,通过X射线光电子能谱仪分析薄膜结构特征;用原子力显微镜观察C/C多层DLC膜的表面形貌;采用台阶仪测试薄膜厚度;利用纳米硬度仪测试薄膜纳米硬度;在销盘式摩擦磨损试验机上进行C/C多层DLC膜在大气下的摩擦性能评价,同时比较了单层DLC膜、TiN膜和C/C多层DLC膜的耐磨性能.结果表明:C/C多层DLC膜表面光滑、致密,厚度达0.7μm,硬度高达68 GPa,与S iC球对摩时的摩擦系数为0.10左右,耐磨性明显优于单层DLC膜和TiN膜.

沉积温度对脉冲真空弧源沉积类金刚石薄膜性能的影响

利用脉冲真空弧源沉积技术在Cr17Ni14Cu4不锈钢和Si(100)基体上制备了类金刚石(DLC)薄膜,研究了基体沉积温度对DLC薄膜的性能和结构的影响。研究表明,随着沉积温度由100℃提高到400℃,DLC薄膜中sp3键质量分数减少,sp2键质量分数增多,薄膜复合硬度逐渐降低。当DLC薄膜沉积温度达到400℃时,薄膜中C原子主要以sp2键形式存在,与沉积温度为100℃时制备的DLC薄膜相比,薄膜复合硬度降低50％。 DLC薄膜具有优异的耐磨性,摩擦因数低,随着沉积温度由100℃提高到400℃,Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积的DLC薄膜耐磨性降低。沉积温度为100℃时,Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积的DLC薄膜后,耐磨性大幅度提高。DLC薄膜与不锈钢基体结合牢固。

真空弧源沉积类金刚石薄膜及其性能研究

采用真空孤源沉积技术在钛舍金及Si(100)表面合成DlLC薄膜,通入不同的氩气,控制DLC薄膜中的SP3/SP2比值。研究表明,薄膜硬度可达96GPa,随着氩气流量的增加,薄膜的硬度先增加,后有明显降低。随着氩气流量的增加,类金刚石薄膜中,SP2键增加,SP3键减少,而血液相容性明显提高。DLC薄膜具有优异的耐磨性,摩擦系数低,与钛合金基体结合牢固。

磁过滤真空弧源沉积C/C多层复合膜的结构和力学性能研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在不锈钢基体表面制备了C/C多层复合膜,通过X射线光电子能谱、Ra-man光谱对薄膜的结构进行表征;C/C多层膜大气下的摩擦损性能在销盘式摩擦磨损试验机上进行;用洛氏压痕法研究了薄膜与基体的结合强度。结果表明:C/C多层复合膜为类金刚石结构。它与SiC球大气下的摩擦系数为0.10左右,其摩损性能由于多层膜的引入而显著提高。Ti过渡层的引入显著提高了膜基结合力。

直流金属真空弧源沉积Ti-O薄膜在模拟人体液中的耐腐蚀性能研究

采用直流金属真空弧源沉积(DC-MVAD)在316L不锈钢基体上沉积合成了Ti-O系薄膜.在Hank's模拟人体液中,对DC-MVAD合成钛氧薄膜进行了开路电位、电化学极化以及电化学阻抗图谱分析,显示合成薄膜可明显改善在人体环境中的耐腐蚀性能.随着合成氧分压的增加,薄膜的耐蚀能力增强.这主要是由于高O/Ti比的钛氧薄膜具有更为稳定的能量状态、低的孔隙率所致.

阴极真空弧源沉积氟化类金刚石薄膜的结构与性能研究

采用脉冲磁过滤阴极真空弧源沉积系统(FCVA)在单晶硅基片上制备了含氟量不同的一系列氟化类金刚石膜(a-C:F).重点研究了氟掺杂对非晶态碳基薄膜结构、机械性能和疏水性能的影响.薄膜的成分和结构采用X射线光电子能谱仪(XPS)和激光拉曼光谱(Raman)进行了表征,薄膜表面形貌和粗糙度采用原子力显微镜(AFM)进行了分析.使用纳米压痕仪测量了薄膜硬度,纳米划痕仪测量了膜基结合力.采用躺滴法测量薄膜与双蒸水之间的接触角来评价其疏水性能.结果表明,随着CF4流量的逐渐增加,薄膜的氟化程度逐渐增强,膜中最大氟含量达45.6 at%;薄膜呈典型的类金刚石状结构,但薄膜的无序化程度增强;由于-CFn+的刻蚀,薄膜表面更加致密化、粗糙度逐渐减小.薄膜的机械性能良好,硬度在12GPa以上.薄膜的疏水性能得到增强,与双蒸水之间的最大接触角达106°,接近于聚四氟乙烯(PTFE,110°).

磁过滤阴极真空弧源法制备纳米晶铁膜的生物相容性研究

铁及其合金是非常有潜力的血管支架材料,但就如何制备出具有良好细胞相容性和血液相容性的表面而言仍然充满挑战。本文通过磁过滤阴极真空弧源法在硅片表面沉积了纳米晶铁膜,用X射线衍射分析了纳米晶铁膜的物相结构,采用人脐静脉内皮细胞评价了薄膜的细胞相容性,血小板粘附实验评价了纳米晶铁膜的血液相容性。结果表明纳米晶铁膜表面提高了人脐静脉内皮细胞的粘附和增殖,同时,作为一种血液接触材料,纳米晶铁膜有抑制血小板粘附和激活的趋势。这些数据都表明纳米晶铁膜在改善血管植入器械的生物相容性上有巨大潜力。

C／C多层类金刚石薄膜的热稳定性研究

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术,通过改变基体偏压,在单晶Si片和0Cr19Ni9基体表面制备了C/C多层类金刚石薄膜。为了考察多层膜的热稳定性,对薄膜进行了300℃及400℃退火处理,采用X射线光电子能谱、硬度实验及摩擦磨损性能测试分析了退火对薄膜结构及性能的影响。结果表明在400℃范围内多层膜具有较高的热稳定性。

物理气相沉积法制备的CrN涂层的摩擦学性能

用CETR UMT-2摩擦磨损试验机对比磁过滤阴极真空弧源和多弧离子镀方法制备的CrN涂层在往复滑动条件下的摩擦磨损行为.用X射线衍射、显微硬度计、纳米压痕仪表征涂层的基本特性;用台阶仪、扫描电子显微镜和电子能谱对磨痕进行微观分析,探讨不同结构CrN涂层的磨损失效机理.与多弧离子镀技术制备的CrN涂层相比,磁过滤阴极真空弧源技术制备的CrN涂层更光滑、致密和连续,有较高的硬度和较优越的耐磨性能.涂层微结构的差异是造成摩擦磨损性能差异的主要原因.2种CrN涂层的滑动磨损为磨粒磨损和氧化磨损共同作用的结果.

调制比对C/C多层膜结构及性能的影响

考察了C(硬)/C(软)调制比对多层膜结构和性能的影响。采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术制备了C/C多层膜,通过Raman光谱对多层膜的结构进行了表征;用硬度计和销盘式摩擦磨损试验机测试了多层膜的硬度及摩擦学性能。结果表明:所制备的多层膜呈现类金刚石结构并具有良好的耐磨性,其摩擦系数均小于0.15;随多层膜中软膜比例的增大,薄膜中sp2簇的数量逐渐增多,薄膜显维硬度呈现下降趋势,多层膜的耐磨性能下降。

钴合金表面多层碳薄膜的制备及其性能研究

为了改善人工关节的生物摩擦学性能,采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Co-Cr-Mo合金基体表面制备了多层C/C膜。采用拉曼光谱对薄膜的结构进行了表征;利用原子力显微镜观察了多层C/C膜的表面形貌;采用CSEM纳米硬度计测试了多层膜的纳米硬度;在销盘式摩擦磨损试验机上考察了多层膜的生物摩擦学性能。结果表明:多层C/C膜为典型的类金刚石结构,其表面光滑致密,硬度高达52 GPa,它与SiC球在磷酸盐缓冲溶液中的稳定摩擦系数仅为0.012,明显提高了人工关节用材料钴合金的生物摩擦学性能。

类金刚石薄膜在不锈钢表面结合强度及耐腐蚀性研究

类金刚石(DLC)薄膜与不锈钢的结合强度是DLC薄膜应用于血管支架表面改性的关键技术问题。利用磁过滤阴极真空弧源沉积方法在316L不锈钢表面沉积DLC薄膜,研究沉积时基体偏压、薄膜厚度以及钛过渡层对DLC薄膜与基体结合强度的影响。研究结果表明,316L表面制备相同厚度的DLC薄膜,采用-1000V脉冲偏压制备的薄膜结合强度明显优于-80V直流偏压下制备的DLC薄膜;随着DLC薄膜厚度的增大,DLC薄膜与316L基体的结合力下降;316L不锈钢表面制备一层100nm的钛过渡层之后可以改善DLC薄膜的结合状况,并且经过20%的拉伸变形后,DLC薄膜完整,耐蚀性优于未表面处理的316L不锈钢。以上研究结果表明,磁过滤阴极真空弧源方法制备DLC薄膜与316L结合强度高,可以有效的提高316L的耐腐蚀性,是一种具有应用前景的血管支架表面改性方法。

碳化钨-钴合金表面钽离子注入的研究

在真空和通入氮气两种气氛下,通过MEVVA(金属蒸汽真空弧)源离子注入,在WC–Co合金(YG8)表面制备了钽涂层.分别利用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)和电化学极化曲线测量技术对其表面形貌、相结构和耐蚀性进行了表征.结果发现:钽离子注入"修复"了基体表面的缺陷,使其变得平整光滑.在氮气气氛下进行离子注入,除了生成Ta2O5、Ta1.1O1.05和一些碳化物外,还有TaN0.43和W3N4两种氮化物新相.钽离子注入后,YG8合金在3.5%NaCl溶液中的腐蚀速率大幅降低,但随着钽离子注入剂量增大,耐蚀性下降.相比于真空注入环境,氮气氛围下Ta离子注入所得涂层的耐蚀性更好.

0913 真空蒸发、淀积、溅射、氧化与金属化工艺

0118519离子束薄膜合成及其应用[刊]/柳襄怀//功能材料与器件学报.—2001,17(2).—113～115(E)报道了中国科学院离子束开放研究实验室在离子束薄膜合成研究和应用方面的发展和现状。着重介绍离子束辅助沉积薄膜合成、真空磁过滤弧源沉积薄膜生长,以及离子注入 SOI 材料合成的方法及其物理过程,同时也对离子束合成薄膜在工业及国防上的应用进行了探讨。

离子束薄膜合成及其应用

报道了中国科学院离子束开放研究实验室在离子束薄膜合成研究和应用方面的发展和现状。着重介绍离子束辅助沉积薄膜合成、真空磁过滤弧源沉积薄膜生长，以及离子注入 SOI材料合成的方法及其物理过程 ,同时也对离子束合成薄膜在工业及国防上的应用进行了探讨。

电绝缘用ta-C薄膜的微观结构与电学特性

采用ta-C薄膜用于SOI结构中的绝缘层,在高温高功率器件中有很大的应用潜力。应用真空磁过滤弧源沉积(FAD)的方法制备了ta-C薄膜。通过AFM、non-RBS、IR、I-V、C-V等方法对薄膜的表面形貌、微观结构和电学性能进行了研究。研究表明,ta-C薄膜的sp^3键含量高达87％,且具有很高的表面光洁度(粗糙度低于0.5nm)及较好的电绝缘性能,击穿场强达到4.7MV/cm。