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。

磁过滤真空阴极电弧技术弧电流对四面体非晶碳薄膜性能的影响

研究了磁过滤阴极真空电弧技术中不同弧电流(20~100 A),制备的四面体非晶碳薄膜性能的影响。通过对薄膜厚度、薄膜硬度、表面形貌以及sp3键含量随弧电流的变化结果进行了测试。结果表明,当弧电流从20增大至100 A,表征薄膜sp杂化碳含量的ID/IG从0.212增加到1.18,显示制备薄膜的sp3键含量逐渐减少,同时sp2键在逐渐增加。随着弧电流值上升,薄膜硬度增加,表明其值与弧电流值呈正相关性,高的弧电流使通过磁过滤器的大颗粒等离子体数增加,从而薄膜表面形貌易于沉积大颗粒,导致薄膜表面质量下降。因此,选择合适的弧电流值可优化Ta-C薄膜制备工艺,本文研究内容为工业应用中通过弧电流调整优化膜层综合性能提供参考。

过滤管道作为第二阳极的磁过滤阴极真空弧沉积系统

建立了一台磁过滤脉冲阴极真空弧沉积装置 .通过在 90°磁过滤管道和阴极之间加一30～ 60V的正偏压使系统沉积速率得到了大幅度提高 .研究和观察表明 ,此时在过滤管道和阴极之间产生了阴极真空弧放电 ,并因此使阴极消耗率大幅度增大 .对此放电回路及其和MEVVA阳极

磁过滤阴极真空弧沉积装置研究中的等效电路方法

提出了模拟磁过滤阴极真空弧放电等离子体沉积装置阴极弧放电过程的等效电路 ,并用此电路定性研究了各参数对弧放电的影响 。

阴极真空弧放电等离子体的过滤及传输

阴极真空孤放电产生高密度等离子体的同时，也产生了尺寸可达微米量级的液滴，液滴对膜层的污染限制了它的应用。为解决这个问题，可采用轴对称磁场约束阴极斑，磁过滤器过滤等离子体出束中的液滴。结果表明液滴在磁过滤器出口处已基本上被过滤掉了，该处离子束流达到１２０ｍＡ。

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。

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。

激光引弧磁过滤真空阴极电弧制备ta-C薄膜的结构与性能

采用自主研制的激光引弧磁过滤真空阴极电弧沉积设备在不同工件台转速下制备了四面体非晶碳膜,通过改变工件台转速调节沉积速率,探讨了沉积速率对四面体非晶碳膜结构与性能的影响。结果表明,随着沉积速率的增加,四面体非晶碳膜硬度及弹性模量随sp3键含量变化先增加后减小,最大值分别为48 GPa和300 GPa。薄膜的摩擦因数受沉积速率影响不大,均在0.14左右。薄膜的磨损率随着沉积速率的增加逐渐降低,最小为6×10-16 m3(/N·m)。研究发现在一定范围内调节沉积速率可以有效地提高四面体非晶碳膜的力学性能及耐磨性能。

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.

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。

真空阴极弧离子镀类金刚石碳膜Raman光谱研究

分别采用带有和不带有弯曲弧磁过滤器的真空阴极弧离子镀方法,在不同镀膜电流以及不同基片偏流下分别制备了类金刚石碳膜,对比了不同结构下类金刚石碳膜的Raman光谱特点。对其Raman光谱的D峰和G峰采用Gaussian-Lorentzion的几率分布进行了分峰,并着重讨论了基片偏流、弯曲磁场等沉积参数对膜结构的影响。结果表明,氩分压对膜结构影响不大,较大的偏流以及弯曲磁场的加入均有利于sp^3杂化碳键的形成。