磁过滤直流真空阴极弧制备类金刚石膜的结构及其性能

采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在单晶硅片、载玻片、不锈钢片基体上制备了类金刚石(DLC)膜。用光学显微镜、椭偏仪、Raman光谱、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射能谱(XRD)、纳米硬度计、摩擦磨损仪、洛氏硬度计检测了薄膜的组分、结构、光学、力学等相关特性。结果表明,膜中均存在着微米级的大颗粒分布。硅片上的薄膜厚度均为37nm左右,75V、100V偏压下制得的薄膜具有最高的sp3键含量,薄膜具有典型的DLC膜Raman光谱特征。玻片上的DLC膜具有良好的红外透射性能。不锈钢片上的薄膜为非晶碳结构,硬度受膜厚的影响显著,在空气中的摩擦因数均约为0.1左右,耐磨性能优良,随着膜厚的增加,膜与基体的结合性能变差。采用Cr/Cr–DLC膜(含铬DLC膜)作为不锈钢的梯度过渡层时可以极大地提高膜基间的结合性能。

磁过滤直流真空阴极弧制备含铬类金刚石膜的结构及其性能研究

采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在单晶硅片、载玻片、不锈钢片基体上制备了含铬类金刚石(Cr-DLC)膜。用光学显微镜、椭偏仪、分光光度计、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射能谱(XRD)、Raman光谱、纳米硬度计、摩擦磨损仪、洛氏硬度计检测了薄膜的组分结构、光学、力学等相关特性。结果表明,硅片上的薄膜厚度为47.6nm,碳含量为89%,sp3键占碳含量的55.15%。不锈钢片上的薄膜具有典型的DLC膜Raman光谱特征,在空气中的摩擦系数约为0.1,耐磨性能优良,膜与基体的结合性能良好。

磁过滤阴极真空弧法制备类金刚石膜的场致发射特性研究

采用磁过滤阴极真空弧沉积法,在Cu基底表面上制备了以钛(Ti)和碳化碳(TiC)作为过滤层的类金刚石膜层。利用自制的场致发射特性测试设备,研究了类金刚石膜层的场致发射特性。利用拉曼光谱仪(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对类金刚石膜的键合结构和微观形貌进行了表征。研究发现,利用磁过滤阴极真空弧沉积法可以在沉积温度100℃下制备膜基结合力较好的类金刚石膜。沉积速率为15 nm/min。类金刚石膜具有较好的场致发射特性,开启电压约为40 V/μm。Raman分析得到不同基底偏压下的类金刚石膜的ID/IG为1.19~1.57;SEM分析显示薄膜的微观结构上具有微米级突起结构。实验表明,应用磁过滤阴极真空弧方法可以制备出高sp3含量、表面具有微米级突起的类金刚石膜,这种类金刚石膜具有有利于场致发射的特性。

磁过滤阴极弧法制备CrCN薄膜结构与组分研究

目的通过磁过滤阴极弧沉积技术制备质量优异的CrCN涂层。研究乙炔/氮气混合气体流量以及基底偏压对薄膜结构和成分的影响。方法采用磁过滤真空阴极弧沉积技术,在20~100 m L/min变化的乙炔/氮气混合气体流量参数下沉积CrCN复合薄膜。通过X射线衍射、场发射电子显微镜、扫描探针显微镜、X射线光电子能谱仪、透射电镜,对薄膜的物相结构和形貌进行分析。结果随着气体流量的增加,CrCN复合薄膜的晶粒逐渐减小最终向非晶化转变。TEM结果表明,在CrCN复合薄膜中有大量几纳米到十几纳米的纳米晶浸没在非晶成分中。SPM表明,随着基底偏压由–200 V增大到–150 V,CrCN薄膜的表面粗糙度Sa由0.345 nm上升至4.38 nm。XPS、TEM和XRD数据表明,薄膜中Cr元素主要以单质Cr、Cr N以及Cr3C2的形式存在。结论采用磁过滤真空阴极弧沉积技术制备的CrCN复合薄膜具有纳米晶-非晶镶嵌结构。该方法沉积的CrCN薄膜的表面粗糙度与基底负偏压有关。混合气体的流量变化对薄膜组分的变化几乎无影响。

双弯管磁过滤阴极真空弧技术沉积超厚多层钛掺杂类金刚石膜

极端工况对关键部件涂层的性能要求较高,作为常用涂层,薄类金刚石(Diamond-like carbon,DLC)膜因其厚度的局限性已不能满足日益增长的性能需求,因此超厚DLC膜的制备工艺具有较大的现实意义。采用双弯管磁过滤阴极真空弧沉积技术制备多层Ti掺杂DLC膜,并通过显微维氏硬度计、摩擦磨损试验仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)、X光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)等对膜的结构和性能进行表征。结果表明:薄膜的沉积速率最高可达0.40μm/min;随着沉积过程中C2H2流量的增加,Ti掺杂DLC膜中超硬Ti C相的相对含量降低,因此导致膜硬度降低,同时热稳定性变差;通过金属掺杂以及多层复合结构的方法能够有效制备低内应力的DLC膜,同时实现超厚DLC膜(最高可达42.3μm)的制备。

磁过滤阴极真空弧沉积法制备TiAlN薄膜的研究

采用磁过滤阴极真空弧沉积技术在不同的真空室压强(N2流量)状态下制备TiAlN薄膜,讨论了N2流量对TiAlN薄膜各项性能的影响。并对薄膜的成分、结构和性能进行了测试。测试结果表明:获得薄膜较好,真空室压强对薄膜的厚度、摩擦系数和纳米硬度都有着重要的影响。

磁过滤阴极真空弧法制备纳米nc-ZrCN/a-C:H(N)复合薄膜

采用磁过滤阴极弧法,以金属Zr为阴极在真空室中通入C2H2和N2混合气体来制备纳米nc-ZrCN/a-C:H(N)复合薄膜,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜的能谱仪(SEM-EDS)、X射线电子能谱(XPS)和纳米力学探针研究了薄膜的成分、结构及其性能。实验结果表明薄膜是由ZrCN和无定形碳两种纳米结构组成;气体流速对复合膜的的成分和结构有显著影响:随着混合气体流速的增加,薄膜的锆原子百分比减小,而N和C的含量逐渐增大,薄膜的硬度逐渐减小,ZrCN峰强度逐渐降低。

氧气流量对于磁过滤阴极真空弧法制备ZrO_(2)薄膜特性的影响

ZrO_(2)薄膜具有高硬度、高耐磨性等优良特性,在诸多领域具有广泛的应用前景.高品质ZrO_(2)薄膜的制备一直是科学家们研究的一个重点和热点问题.本文利用磁过滤阴极真空弧(FCVA)技术,以金属Zr为阴极,在单晶硅(100)衬底上制备高品质ZrO_(2)薄膜,利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、X射线电子能谱(XPS)和纳米力学探针对薄膜的结构、形貌、成分及其性能进行表征,研究了O_(2)流量对于ZrO_(2)薄膜的晶体结构、形貌、成分以及力学性能的影响规律,获得了结晶品质良好、表面平滑且硬度较高的ZrO_(2)薄膜.

磁过滤阴极真空弧法制备纳米nc-ZrCN/a-C:H(N)复合膜

采用磁过滤阴极真空弧法,以C2H2和N2混合气体为反应气体在单晶硅上沉积纳米nc-ZrCN/a-C:H(N)复合膜,用X射线衍射(XRD)、扫描电镜的能谱仪(SEM-EDS)和X射线电子能谱(XPS)研究了薄膜的成分和结构.实验结果表明薄膜结构是由ZrCN晶粒镶嵌在无定形碳和碳氮化合物基体中;膜中的化合键主要以Zr—C,C C(sp2)和C—C(sp3)形式存在;随着混合气体流量的增加,薄膜的锆原子分数减小,而N和C的原子分数逐渐增大.

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。

基于磁过滤阴极真空弧沉积技术制备AlCrTiZrMo非晶高熵合金薄膜及其性能研究

基于磁过滤阴极真空弧沉积技术研究了负偏压对AlCrTiZrMo非晶高熵合金薄膜的形貌、元素以及微观结构的影响,进而讨论了AlCrTiZrMo非晶高熵合金薄膜的成膜及结晶机制.通过SEM、EDS、XRD和TEM对薄膜的形貌与结构等性能进行测试分析,实验结果表明:不同沉积离子能量条件下,薄膜具有优异的表面品质;随着沉积离子能量的不断增加,薄膜厚度随之减小;同时,沉积离子能量对高熵晶相的调控有明显效果,沉积离子能量的增加使AlCrTiZrMo高熵合金薄膜微结构从非晶相(am)转变为相稳定的am+FCC纳米复合结构.

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.

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。

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°).

基于磁过滤沉积技术TiAlCr基多元结构调控及性能

科技发展使军用、船舶、切削等各领域的精密器件所面临的环境更加极端复杂,多元防护涂层因具有良好的综合性能而逐渐取代传统的二三元氮化物,但目前关于TiAlCr基多元涂层结构与性能的影响研究尚未报道。通过调控氮气流量(5≤F_(N)≤40 mL/min),基于磁过滤阴极真空弧(FCVA)技术制备TiAlCr基的多元(TiAlCrSi)N涂层。采用FESEM、EDS、.XRD、XPS和TEM对涂层的相结构、形貌和成分进行表征,并通过纳米压痕仪、划痕仪和电化学工作站对涂层性能进行表征。结果表明:随着氮气流量增加,涂层由无序致密的非晶相转变为具有柱状晶的(TiAlCr)N纳米晶1 SizN4非晶相的复合结构。FN≤20 mL/min时,涂层结构以均匀致密的非晶相为主;FN=20 mL/min时,涂层的结合强度Lc3(27.1 N)较高,在3.5 wt.%NaCl溶液中拥有较好的耐腐蚀性能(E_(corr)=-0.314 V,I_(corr)=2.9038μA·cm^(-2));FN≥30 mL/min时,涂层结构转变为具有柱状晶的(TiAlCr)N纳米晶/Si_(2)N_(4)非晶相复合结构,涂层的硬度得到显著提升,达到超硬级别;F_(N)=40 mL/min时,涂层拥有良好的力学性能,硬度、弹性模量、H/E和H^(3)/E^(2)分别为45.11.460.4、0.098和0.433 GPa。通过FCVA制备的(TiAlCrSi)N涂层具有优异的耐腐蚀和力学性能,可为表面防护技术在复杂苛刻环境中的发展提供参考。

磁过滤沉积TiAlSiN纳米薄膜的摩擦磨损与腐蚀磨损行为

目的研究磁过滤沉积方法制备的TiAlSiN纳米薄膜的结构及力学性能对摩擦学性能及腐蚀磨损行为的影响。方法采用磁过滤阴极真空弧沉积技术,在6×10^(-2)~15×10^(-2)Pa的N_(2)气压条件下,将316L不锈钢作为基底,制备出TiAlSiN薄膜。利用SEM、XRD、XPS对薄膜的结构成分形貌进行表征分析,使用摩擦磨损仪分析测试薄膜的摩擦磨损行为,并且使用电化学工作站分析测试薄膜在3.5%(质量分数)人工海水环境下的摩擦磨损及开路电位变化曲线,通过台阶仪测得磨损后磨痕轮廓曲线,并计算磨损率。结果TiAlSiN薄膜具有典型的非晶包覆纳米晶的复合结构,薄膜表面细致光滑,截面无明显柱状晶结构。随着气压的增大,薄膜晶粒尺寸从26 nm降至12 nm。在0.08 Pa气压下制备的TiAlSiN薄膜的力学性能最佳,纳米硬度为22 GPa,基膜结合力达到28 N,干摩擦系数为0.412,磨损率为0.5×10^(-6)mm^(3)/(N·m)。在3.5%人工海水介质中,TiAlSiN薄膜的摩擦系数为0.36,磨损率为2.5×10^(-6)mm^(3)/(N·m),腐蚀和磨损的交互作用使磨损率增大。结论磁过滤阴极真空弧沉积技术制备的TiAlSiN纳米薄膜表现出良好的力学性能,兼具耐摩擦和耐磨蚀性能,具有宽广的应用前景。

磁过滤直流真空阴极弧制备类金刚石膜的结构和力学性能研究

采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在硅片、不锈钢片基体上制备了类金刚石(DLC)膜。检测结果表明,膜中存在着微米级的大颗粒分布,膜厚为290nm,sp3键的含量为62.23%。所制备的薄膜具有典型的DLC膜Raman光谱特征,耐磨性能优良,膜与基体的结合性能良好。

锆表面磁过滤阴极真空弧离子镀Cr涂层高温蒸汽氧化行为研究

采用磁过滤阴极真空弧离子镀(FCVAD)技术在纯锆表面制备了厚度约为4μm的Cr金属层,对比研究了它们在不同温度水蒸汽环境中的氧化行为,并利用XRD、XPS、SEM及EDS分析了Cr涂层及氧化膜的物相组成、微观结构及成分分布。结果表明,在900、1000和1100℃水蒸汽环境中,镀Cr涂层大幅度降低了锆的氧化速率,其单位面积氧化增重仅为同一温度下锆基体的1/4、1/6和4/9。氧化初期,Cr涂层表面生成一层均匀致密的Cr2O3膜,当Cr层被消耗完后,Cr2O3/Zr界面上部分Cr2O3被Zr还原成金属Cr,锆基体氧化生成ZrO2。镀Cr涂层样品的氧化激活能达293.17 kJ/mol。

基于载能离子束技术制备超薄无胶挠性覆铜板

目的开发超薄的无胶二层挠性覆铜板(2L-FCCL)。方法融合MEVVA离子注入、磁过滤阴极真空弧和化学电镀技术在柔性聚酰亚胺表面构筑梯度金属化结构,并为超薄无胶二层挠性覆铜板的制备提供解决方案。结果通过XPS、ATR-FTIR光谱及反应分子动力学(ReaxFF-MD)模拟证明了Ni+注入过程中聚酰亚胺亚表层互键连网络的形成,这种离子螯合反应带来的机械互锁效应能够极大提高界面附着强度。此外,磁过滤阴极真空弧技术制备的γ(Ni-Cr)合金过渡层具有良好的柔韧性和延展性,有助于Cu膜的后续生长,并增强协同变形能力。通过45°剥离试验测得NiCr合金层与聚酰亚胺基底之间的附着强度为(1.75±0.16)N/mm,而精细化挠性覆铜线路经历1000次弯折试验后在其高变形区域未观察到裂纹萌生或线路剥落现象。结论通过MEVVA离子注入与磁过滤阴极真空弧技术的耦合可以显著提升挠性覆铜板的机械稳定性,有望应用于高端挠性覆铜板的工业化制备。