Adherent Carbon Coatings on Quartz

Adhesion of carbon films on quartz is a critical issue in CdZnTe crystal growth. The carbon films do not stick well to quartz with a smooth surface. Strong adhesion is obtained when the quartz is abraded by abrasive paper (made of SiC).

高速钢表面类金刚石薄膜的掺氮改性研究

高速钢表面类金刚石(diamond-like carbon,DLC)薄膜的沉积效率和膜-基结合力影响其在切削刀具领域的应用。基于空心阴极原理,利用等离子体增强化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition,PECVD)的方法,在体积比为1∶3的CH_(4)和C_(2)H_(2)的混合气体中加入N_(2)在高速钢表面制备类金刚石薄膜,研究了N_(2)体积分数对DLC薄膜结合力和耐磨性的影响。结果表明:掺氮可提高DLC薄膜的沉积效率,改善膜结构。随着N_(2)体积分数的增加,DLC薄膜中sp^(3)键含量和摩擦因数均先增大后减小。掺10%体积分数N_(2)的DLC薄膜厚度达1543 nm,膜-基结合力等级从HF4提高到HF2,摩擦因数降至0.139,耐磨性提高。

类金刚石薄膜的摩擦性能及其应用

首先从成键结构的角度分析了DLC薄膜摩擦性能的由来,然后分别从DLC薄膜的沉积工艺(包括制备方法、气源种类和掺杂元素)、摩擦环境条件和基底材料选择等三方面入手,讨论了影响DLC薄膜摩擦性能的主要因素及其影响规律。经过总结发现,通过调节DLC薄膜的沉积工艺可以改变DLC薄膜中sp^2杂化碳的含量以及氢的含量,进而影响DLC薄膜的摩擦性能;真空、惰性气体和低湿环境有利于获得更好的摩擦效果;过渡层和偏压有利于提高DLC薄膜与基底之间的附着力,其摩擦性能也会得到提升。最后对DLC薄膜在机械加工及耐磨器件、光学和电子保护以及生物医学领域的应用进行了综述,并对应用过程中存在的两大问题——DLC薄膜的内应力和热稳定性进行了分析,归纳了一些具体的解决方案,并对DLC薄膜的发展趋势进行了展望。

离子注入对SiO_2表面非晶碳薄膜的化学状态及摩擦学性能的影响

采用真空蒸镀法在 Si O2 表面制备非晶态碳纳米薄膜 ,考察了碳离子注入对非晶态碳薄膜与基体结合强度及摩擦学性能的影响 ,并采用 X射线光电子能谱表征了碳薄膜 /基体的界面化学状态 .研究结果表明 :非晶态碳薄膜经碳离子注入处理后 ,碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命均明显提高 ;当碳离子注入剂量达到 1× 10 1 6 C+ /cm2 时 ,碳薄膜与基体的结合强度增加 ,但碳薄膜耐磨寿命的提高幅度有限 ;当注入剂量达到并超过 5× 10 1 6 C+ /cm2 后 ,碳离子注入所引起的碰撞混合和化学混合作用直接导致碳薄膜与 Si O2 基体界面处的原子扩散以及 Si- C键的形成 ,从而大幅提高碳薄膜与基体的结合强度及其耐磨寿命 .

生物碳素材料表面血小板黏附的实验研究

为了解生物碳素材料的凝血机制 ,将新鲜抗凝人血离心分离为富血小板血浆 ,在 37℃恒温条件下 ,对类金刚石薄膜 (DL C)、金刚石薄膜和石墨三种碳素材料进行了血小板黏附实验 ,通过扫描电镜对黏附于材料表面的血小板进行形态观察和计数分析 ,用形态指数描述血小板的变形程度。结果显示 ,DL C表面无血小板黏附 ,而金刚石薄膜和石墨表面均黏附有为数不少、呈 ～ 型重度变形的血小板。血小板的黏附量石墨最多 ,而形态指数则金刚石薄膜更大。经与前期研究和文献报道的对比分析 ,得出三个主要结论 :(1)蛋白吸附介导的血小板黏附、变形和聚集是生物碳素材料的主要凝血机制 ;(2 )评价生物碳素材料的血液相容性 ,血小板变形度比血小板消耗率更有价值 ;(3) DL C的纯度越高 ,血液相容性越好。

联合载荷下无裂纹DLC薄膜的内应力有限元分析

本文用有限元分析的方法,对受法向和切向联合载荷作用下的无裂纹类金刚石(DLC)薄膜系统内部应力进行了模拟计算,分析了不同摩擦系数和膜厚比对于内部应力的影响,数值模拟结果表明:较大的摩擦系数可以使得界面处剪切应力和Mises等效应力以及y轴Mises等效应力显著增大,而对于界面处的y向压应力影响不是很大。在一定的范围内(0<t/a<0.1),DLC薄膜的厚度越大越有利于薄膜体系内部应力的改善。模拟结果能为不同膜系系统中涂层基底结合力的评价以及界面失效临界应力的预估提供参考。

界面调控对类金刚石碳基薄膜/铜摩擦副摩擦学行为的影响

无氢DLC/金属铜摩擦副体系摩擦系数高且不易调控,调整DLC/金属铜摩擦界面从而降低其摩擦系数是亟待解决的问题.本研究中通过制备含氢与无氢类金刚石碳基薄膜,采用试验分析与模拟计算结合的方法研究了不同氢含量碳基薄膜与铜配副的摩擦学特性并讨论了氢原子在摩擦界面对改善摩擦学性能所起的作用.结果表明:摩擦界面的结构特性对于类金刚石碳基薄膜/铜配副体系摩擦学性能有非常重要的影响,氢原子可以通过减小摩擦副之间的黏着从而起到调节摩擦界面的作用.通过向DLC中掺杂氢等钝化元素可有效调控界面处的相互作用从而调控体系摩擦学性能.本研究方法为降低DLC/铜摩擦副体系摩擦系数提供参考.

高速钢上氮化碳薄膜附着力及其影响因素的研究

氮化碳(CNx)薄膜具有优异的力学性能和摩擦学性能,很适合用作耐磨保护涂层及固体润滑剂。采用磁控溅射法在高速钢(HSS)基片上制备了氮化碳薄膜,并以划痕法对其附着力进行了研究。结果表明:有TiN中间层的CNx复合薄膜比无TiN中间层的附着性能有较大的提高。CNx/TiN复合薄膜附着性能较好的主要原因是:对基片严格的清洁处理,采用磁控溅射法对基片施加了合适的负偏压,沉积了合适的中间过渡层;工艺参数合理。

医用涤纶材料表面类金刚石涂层的表面自由能参数对细菌黏附的影响

采用乙炔等离子体浸没离子注入与沉积技术(P III-D)在医用涤纶缝合环材料表面沉积了一层类金刚石(DLC)薄膜。细菌黏附实验的结果证明沉积了类金刚石薄膜后的表面对五种细菌——金黄色葡萄球菌(S taphy lococcus aureus,SA)、表皮葡萄球菌(S taphy lococcus ep iderm id is,SE)、大肠杆菌(E scherich ia co li,EC)、绿浓杆菌(P seudom onas aerug inosa,PA)和白色念珠菌(C and ida a lb icans,CA)的黏附均有明显的减少(P<0.05)。计算细菌与材料之间的黏附自由能ΔFadh表明:细菌对PET表面的黏附自由能为负值,而细菌对DLC表面的ΔFadh>0,因此细菌对DLC表面黏附过程难于发生,即使黏附也是可逆的。

Cr基过渡层对钛合金表面类金刚石薄膜摩擦学性能的影响

采用磁控溅射技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备Cr、Cr/Cr N和Cr/Cr N/Cr NC过渡层结构的类金刚石(DLC)薄膜。采用扫描电子显微镜、拉曼光谱仪与原子力显微镜分析薄膜的结构和表面形貌,利用纳米压痕仪、薄膜内应力测试仪、划痕测试仪、摩擦试验机和二维轮廓仪研究薄膜的硬度、内应力、结合力和摩擦磨损性能。结果表明:随着Cr基梯度过渡层的引入,DLC薄膜的内应力逐渐下降,结合力逐渐上升。Cr/Cr N/Cr NC/DLC薄膜具有优异减摩抗磨性能,摩擦因数和磨损率低至0.09±0.02和(1.89±0.15)×10-7 mm3/N·m。试验结果对钛合金表面高性能DLC薄膜制备及应用具有一定的参考价值和指导意义。

过渡层对含氢非晶碳膜生长的影响

本文利用射频等离子体增强化学气相沉积(RF PECVD)工艺在不锈钢基底上制备了含氢非晶碳膜(a-C∶H膜)。在沉积碳膜之前,首先在基底表面预先沉积了Ti/TiC、Ti/TiN和Ti/TiN/TiC等过渡层以提高膜基结合力。利用激光Raman光谱分析了过渡层对a-C∶H膜生长过程及膜中sp3含量的影响。实验结果表明,采用Ti/TiN/TiC过渡层时所制备的a-C∶H膜中sp3含量最多,同时膜基结合力最大。

层层组装构筑聚电解质／碳纳米管导电黏附膜

首先将聚烯丙基胺盐酸盐与碳纳米管制成复合物(PAH-CNT),再通过层层组装技术构筑了聚丙烯酸和碳纳米管混合物(PAA-CNT)与PAH-CNT多层复合膜(PAH-CNT/PAA-CNT).PAH-CNT/PAA-CNT多层复合膜同时具有导电和黏附性能.在玻璃和ITO基片上沉积的PAH-CNT/PAA-CNT多层复合膜的最大拉伸剪切强度接近7 MPa,即1 cm2的黏附膜可以承受约70 kg的重物.碳纳米管的引入使PAH-CNT/PAA-CNT多层复合膜具有更好的导电性.

还原氧化石墨烯/碳纳米管透明导电薄膜的制备及性能研究

使用天然植物多酚——单宁酸(TA)作为氧化石墨烯(GO)的还原剂,通过“一步法”实现了对GO的绿色还原和功能化。随后,将TA还原氧化石墨烯(RGO)和碳纳米管(SWCNT)结合起来,共同构筑具有三维结构的石墨烯/单壁碳纳米管(RGO/SWCNT)透明导电薄膜(TCFs)。该薄膜有着良好的导电性(透光率为75.1%时,面电阻为36.1Ω/sq)、较低的粗糙度(薄膜的粗糙度仅为5.45 nm)、优异的柔性(经过1000次弯折试验后,薄膜的面电阻保持不变)和较好的界面黏附力(薄膜的黏附因子均大于0.9)。该复合薄膜拥有良好的性能可以应用在柔性可穿戴器件领域。

氧化镧掺杂非晶碳薄膜的血液相容性

采用射频磁控溅射方法制备了氧化镧掺杂的非晶碳薄膜。利用拉曼光谱,光电子能谱等方法,研究了氧化镧掺杂对非晶碳薄膜的微结构、成分、形貌及亲水性的影响。结果表明:在非晶碳薄膜中掺入氧化镧后,薄膜中sp3/sp2的比率发生显著变化,薄膜的疏水性明显提高。血小板粘附实验表明,掺杂氧化镧有利于提高非晶碳薄膜的抗凝血性能,适当的掺杂量能使薄膜的血液相容性得到优化。并分析了氧化镧对材料的血液相容性能的影响机制。

DLC表面特性对高速钢耐磨性的影响

在高速钢基体上沉积了三种不同的DLC薄膜,厚度均为2μm。利用原位纳米力学测试系统测试了DLC薄膜表面纳米硬度,采用德国标准用洛氏硬度计及金相显微镜方法测试了DLC薄膜与基体的结合强度。在MM200摩擦磨损试验机上比较了三种DLC试样对铸铁合金的摩擦磨损性能,利用三维超景深显微镜对DLC试样的磨痕面积及形貌进行测量与分析,并以磨痕面积评判耐磨性。结果表明:稳定磨损阶段各DLC试样在不同的润滑条件下摩擦系数均比较低;硬度及结合强度对DLC的耐磨性能有较大影响,硬度和结合强度适中时摩擦性能最好,而当硬度较低时耐磨性最差。

中频对靶磁控溅射制备含铬类金刚石薄膜

利用新型中频对靶磁控溅射在硅和M2高速钢基体上沉积了一系列无氢含铬类金刚石膜。考察了类金刚石膜的表面形貌、显微结构、硬度、结合力和摩擦磨损性能。结果表明:合成的类金刚石薄膜具有优良的综合性能,硬度为30-46GPa、结合力Lc达50-65N、大气环境下摩擦系数约为0.1。

用脉冲激光沉积法在Al_2O_3上沉积类金刚石薄膜

为了研究沉积时间和衬底温度对类金刚石薄膜的影响,在用脉冲激光沉积法在Al2O3衬底上制备类金刚石薄膜的实验中,保持其他实验参数不变,先取沉积时间分别为15 min和40 min来沉积薄膜;再取衬底温度分别30℃和300℃来沉积薄膜。用显微镜观察薄膜是否有起皱现象,用Raman光谱仪检测薄膜的微观结构,用原子力显微镜检测薄膜的表面形貌。结果表明:薄膜中存在一些石墨颗粒。沉积时间和衬底温度对薄膜的黏附性和微观结构均有显著影响——延长沉积时间或升高衬底温度都将导致薄膜内的残余应力增加和薄膜起皱。缩短沉积时间或升高衬底温度都将导致薄膜中的sp3/sp2比值减小、非晶态的sp2键向石墨晶相转化、石墨晶粒数量增多,体积增大。最后,根据脉冲激光沉积类金刚石薄膜的机理对实验现象进行了分析。

阳极离子束在SKD11和YG6基体上沉积DLC膜及其机理

利用阳极离子束技术在SKD11型不锈钢和YG6硬质合金上沉积类金刚石(DLC)薄膜,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、Raman光谱分析薄膜微观结构和表面形貌;采用WS-2005型附着力划痕仪和洛氏压力机测试膜基结合强度;采用球磨仪测试膜层耐磨性能。结果表明:利用该技术所制DLC膜是一种非晶结构、表面平整的薄膜,粗糙度R a值仅为5.21nm。DLC/Cr/SKD11膜系Raman光谱I D/I G值(0.69)高于DLC/Cr/YG6膜系(1.54),说明SKD11高于YG6所制膜层的sp3C键含量;DLC/Cr/SKD11膜系结合强度(17.8 N)低于DLC/Cr/YG6膜系(39.2 N),且DLC/Cr/YG6膜系的洛氏压痕周围仅有放射状微细裂纹,而DLC/Cr/SKD11膜系的压痕周围存在膜层脱落现象;沉积在SKD11与YG6基体上DLC膜的单位磨损率分别为1.40E-4和8.81E-5,说明YG6基体上DLC膜层的耐磨性要优于SKD11基体上的DLC膜层。由此看出,不同基体上制备的DLC膜层微观结构不同,导致结合性能及耐磨性能不同。

星形微波等离子体化学气相沉积装置上类金刚石薄膜的制备

以甲烷、氢气和氧气为反应气体,分别在镜面抛光的单晶硅片和石英玻璃基片上制备了类金刚石薄膜,并用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱和傅立叶红外透射光谱仪等测试方法对薄膜的表面形貌、质量和光学性能进行了表征;通过对类金刚石(DLC)薄膜制备过程中碳源浓度、基片温度等参数的研究,掌握了工艺参数对薄膜性能的影响规律,并在此基础上成功地对薄膜的沉积工艺进行了优化.结果表明,当反应气体中的流量配比为甲烷∶氢气∶氧气=10∶100∶1,腔体压力和基片温度分别为0.5kPa和400℃,制备出的DLC薄膜表面光滑平整,薄膜中的纳米金刚石特征峰明显,在石英玻璃上沉积的DLC薄膜在3 000～4 000cm-1波数区间透光率超过80%,达到了光学应用要求.

碳纤维/环氧树脂超薄预浸料成型工艺及胶膜匹配性研究

采用DSC分析了超薄碳纤维预浸料CF832/T700所用树脂体系的固化反应动力学参数,通过正交试验研究了预吸胶工艺参数及固化工艺参数对超薄碳纤维复合材料层合板力学性能的影响规律,选用EA9696NW、LWF–2B和FM73M 3种不同胶膜对超薄预浸料面板与蜂窝芯共固化以确定最匹配的胶膜。结果表明,CF832/T700预浸料的固化反应活化能为85.98k J/mol,反应级数为一级反应,固化反应较慢,前固化温度、固化温度和后固化温度分别为115℃、135℃、171℃;通过弯曲及拉伸性能确定出的最佳预吸胶工艺参数为预吸胶温度60℃、预吸胶压力0.3MPa、预吸胶时间10min,最佳固化工艺参数为固化温度130℃、固化压力0.4MPa、固化时间2.5h;EA9696NW胶膜对超薄预浸料面板及蜂窝芯的共固化效果最好。