等离子体浸没式离子注入沉积技术及应用

等离子体浸没式离子注入沉积是近年来迅速发展的一种材料表面改性新技术,其基本原理是,作为靶的工件外表面全部浸没在低气压、高密度的均匀等离子体中,工件上施加频率为数百赫兹、数千至数万伏高压负脉冲偏压。它克服了传统方法所具有的薄膜沉积或离子注入存在方向性的固有缺陷,因此在复杂形状的三维工件表面改性工艺与技术上表现出无与伦比的优越性。该技术可以有多种工作模式,在离子注入前、注入期间或注入后进行原位清洗、刻蚀或薄膜沉积。作为应用实例,本文给出在复杂形状构件上合成均匀类金刚石或纳米金刚石薄膜的实验结果,最后指出等离子体浸没式离子注入沉积技术的发展趋势和工业化应用尚需解决的问题。

CVD金刚石薄膜摩擦学性能的研究现状

化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)金刚石薄膜通常是一种表面粗糙的多晶薄膜,其摩擦系数相对于光滑金刚石明显偏高,这制约着其在摩擦学领域的应用。在综合分析近年来该领域研究的基础上,总结了CVD金刚石薄膜摩擦学性能的主要影响因素,并从降低其摩擦系数的角度出发,着重讨论了几种提高CVD金刚石薄膜摩擦性能的途径。

超硬纳米类金刚石膜的结构特点及其形成机制的探讨

研究了超硬碳膜的力学性质、波谱性质及结构性质 ,指出有一种无氢类金刚石膜是由石墨碎片、布基葱和金刚石晶粒以新型的共价键组成的网架结构 ,具有良好的力学性能 .由于石墨碎片中的π键变形 ,石墨碎片和布基葱边缘的不饱和悬键与金刚石晶粒周围的悬键结合成新型的共价键 .金刚石晶粒只能由激发态碳原子在非平衡重组过程中产生 ,而石墨碎片既可以在碳原子重组过程中产生 ,也可以在蒸发石墨过程中产生 .

溅射靶功率对类金刚石碳薄膜的结构和性能影响

为改善304不锈钢的性能,扩展其应用范围,采用磁控溅射技术在不同溅射靶功率下激发高纯石墨靶在p(100)单晶硅和304不锈钢表面沉积类金刚石碳薄膜。文章对所制备的系列类金刚石碳薄膜作了Raman光谱、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、断口形貌的场发射电镜(FESEM)表征,并评价了其纳米硬度与摩擦磨损行为。结果表明:所制备的类金刚石碳薄膜为典型的非晶态微结构;随着靶功率的增大,类金刚石碳薄膜的sp3键含量先增多后减少,表面粗糙度先降低后升高,硬度与弹性模量先升高后降低;靶功率200 W时类金刚石碳薄膜取得最优性能,纳米硬度为11.4GPa,弹性模量为129.3GPa,摩擦系数为0.17,磨损率为5.2×10-7 mm3(N·m)-1。

掺氮类金刚石薄膜的纳米力学及纳米摩擦特性研究

利用微波电子回旋共振化学气相沉积技术制备了不同氮掺杂量的类金刚石(DLC)薄膜,采用俄歇电子能谱仪、R am an光谱仪和Hys itron型纳米力学测试系统对掺氮类金刚石薄膜的化学成分和结构、纳米力学及其纳米摩擦特性进行研究.结果表明:反应气体中氮气流量比例越大,类金刚石薄膜中的氮含量越高;随着薄膜中氮含量增加,掺氮类金刚石薄膜中sp3比例下降,sp2比例明显增加,而薄膜的纳米力学性能如纳米硬度和弹性模量明显下降;纳米划擦试验中的划痕深度与薄膜中氮含量有关,当载荷相同时,氮含量越高,所对应的划痕深度越深;名义摩擦系数(LF/NF)随着载荷增加而增大;当载荷相同时,摩擦系数与沉积膜中的氮含量无关.

超硬多层薄膜的研究现状及展望

超硬多层薄膜的性能随调制周期的变化而发生变化,在某一范围出现超模、超硬等异常效应。由于其潜在的实际应用价值及理论意义,超硬多层薄膜成为近年来人们研究的热点。综述了近年来国内外学者对超硬多层薄膜的研究结果,介绍了其超硬多层薄膜类型、主要性能特点以及制备工艺,并对未来的发展趋势进行了展望。

超硬多层薄膜的研究现状及展望

由于超硬多层薄膜的性能随调制周期的变化而发生变化,在某一范围出现超硬等异常效应。其潜在的实际应用价值及理论意义,使其成为近年来人们研究的热点。本文综述了近年来国内外超硬多层薄膜的研究结果,介绍了其分类、主要性能特点以及制备工艺,并对超硬多层薄膜以后的发展趋势进行了展望。

类金刚石碳膜和氮化钛的摩擦学性能研究

报道了在相同条件下用磁控溅射方法在硅片上制备类金刚石膜和氮化钛薄膜的研究结果,比较了两种镀膜在机械性能和结构上的效果.实验结果表明,氮化钛薄膜虽有很高的表面硬度,但其摩擦系数、表面粗糟度比类金刚石膜要高得多.而类金刚石膜虽有很低的摩擦系数和光滑的表面,但表面硬度比氮化钛薄膜小.因此,结合两种膜的优点有可能制备高硬度、耐磨性强、表面光滑的新型复合材料.

应用纳米压痕法测试类金刚石薄膜力学性能的研究

介绍一种被称为材料机械性质微探针的新型纳米压痕仪 ,藉助于加荷 卸荷过程中压痕对负荷和压入深度 ,即压头位移的敏感关系 ,测试材料的硬度及弹性模量等力学性质。纳米和纳牛顿量级的压头位移与作用力 ,使得测试始终在大多数材料 ,特别是薄膜材料的弹性限度内 ,克服了维氏法、努氏法等传统方法引起压痕边缘模糊或者碎裂的缺点 ,保证了测试的正确性、可靠性和重复性。应用纳米压痕法成功地对具有脆性的类金刚石薄膜的硬度及弹性模量进行了测试和分析。

磁场辅助激光沉积类金刚石膜初探

提出了磁场辅助激光沉积类金刚石(DLC)膜技术,在硅基底附近添加磁力线向基底收拢的磁场,用以迫使侧向飞行的离子向基底靠拢并参与成膜。由于离子向基底的集中,使其在膜层中含量大幅上升,间接地减少了大颗粒的比例,因此,与无磁场条件下制备的DLC膜相比,引入磁场不仅提高了DLC膜的沉积速率,而且提高了其机械硬度;更重要的是,间接地证明了激光对靶材离化的高效性,为脉冲激光沉积(PLD)结合磁过滤技术提供了可行性的依据。

激光制备高附着性能的铜基类金刚石膜

提升类金刚石(Diamond-Like Carbon,DLC)膜在被保护基底上的附着能力具有明显的实际应用价值。从微观机理上分析了前期设计的Cu基多层DLC膜有效性的原因。在此基础上,研究了DLC/SiC循环层中两者厚度比例对膜层的附着性能、纳米硬度和耐磨性的影响,以优化结构、进一步提升实际应用所需的膜层性能。纳米划痕和压痕测试结果表明:随着DLC层与SiC层厚度比例的增大,多层DLC膜在Cu基上附着性能逐渐降低,但当厚度比小于2.3时,仍接近厚度400 nm的单层DLC膜在Si基上的附着性能;Cu基多听语音聊科研与作者互动层DLC膜的纳米硬度逐渐提高,同时,耐磨性接近纯DLC膜。

双激光沉积锗掺杂类金刚石膜的实验研究

提出了双激光沉积掺杂薄膜技术,利用准分子纳秒激光和飞秒激光分别烧蚀石墨和锗靶材,保持准分子纳秒激光的参数不变,而将飞秒激光的脉冲频率逐次由0提高至500 Hz,在硅基底上获得锗含量逐次增大的掺杂类金刚石膜。实验结果表明:随着锗掺杂量的提高,锗掺杂类金刚石膜的折射率略微增大,消光系数增大7.3倍;表面硬度呈近似的线性降低,降低幅度约为41.3%;内应力呈非线性减小并在某值趋于稳定,降低幅度约为78.1%。牢固度实验结果表明,锗掺杂量的提高可以增强类金刚石膜在基底上的附着性能,但不利于其对溶液的耐腐蚀性。研究结果为不同应用目的的掺杂类金刚石膜及其复合膜层的设计提供了实验基础,且研究方法具有很强的可扩展性,不仅仅限于实验所限薄膜范围。

高功率脉冲复合直流磁控溅射制备类金刚石薄膜的结构与性能

采用高功率脉冲复合直流磁控溅射技术,以工作气压、基底偏压和靶电压为影响因素设计正交试验进行类金刚石(DLC)薄膜的制备研究,采用扫描电镜(SEM)、纳米硬度计、拉曼光谱和3D轮廓仪等对DLC膜层进行结构与性能分析。结果表明:制备得到的DLC薄膜厚度约为1μm,硬度在10.00～25.00 GPa之间,最高可达24.29 GPa;对DLC薄膜拉曼峰进行高斯拟合得到位于1 520～1 540 cm^(-1)处的特征峰G峰和1 330～1 370 cm^(-1)处的特征峰D峰。在3个影响因素中,基底偏压对膜层厚度、硬度、致密性及sp3含量的影响最大,而靶电压及工作气压对膜层结构性能影响较小。随着基底偏压的增加,薄膜厚度逐渐减小,硬度逐渐增大;峰强比Id/Ig逐渐减小,sp3含量逐渐增大,且薄膜截面由疏松多孔的柱状结构变为孔隙较少的致密结构。