PECVD法制备类金刚石薄膜的摩擦学性能
PECVD法沉积类金刚石薄膜的耐腐蚀性能研究
P C E VD法 沉积 类金 刚石 薄膜 的耐腐 蚀性 能研 究
雷 雯 雯 陈 强
( 京 印刷 学 院等离子体 物理及 材料研 究 室,北京 120 北 060) 摘要 金属材料在 实际生活 中应用广泛 ,但 其易被摩擦磨损及 易被腐蚀 的特点成为其广 泛应用
c a a t rz to ,s c sh g r n s , o fito o f ce t hih c e c lsa i t ,h n t sp pe, h r ce ia in u h a ih had e s lw rci n c e in , g h mia tb l y tusi a r i i hi DLC fl a t e o r so r ssa c lye wee e o ie o mea b c p ctv l c u ld i ms s h c ro in e it n e a r r d p st d n tl y a a i ey o p e i
a ab n s u c n st edi t n g sw ee u iie o i p o e c ro i n r ssa c . e c ro in sc r o o r ea d Ara h l i a r tl d t m r v o r so e itn e Th o r so uo z r ssa t e to o t gsa d s bsr tsw eet e x mi e e a aey b h o e t d n mi o ai ain e itn s nc ai n u ta e r h n e a n d s p r t l y t ep tn i y a cp lrz to t n o m e s r me ta d s l.p a o o i n ts.Th h m ia tu t r n o p sto fDLC l r a u e n n ats ry c r so e t e c e c 1sr cu e a d c m o i n o i i f ms we e a ay e y FTI a d t er lto s i oa t— o r so r pet a ic s e n lz d b R n h eai n hp t n i ro i np o ryw sd s u s d. c Ke ywor s d :DLC l s i f m :W e ra d fit n;S l s r yc ro i n;Elcr c e i a o o i n;P a m a a n rc i o at p a o r so — e to h m c l r so c ls e h n e h m i a a o e sto n a c d c e c l D rd po i n V i
石膜PECVD法沉积类金刚的结构及其摩擦学性能
PECVD 法沉积类金刚石膜的结构及其摩擦学性能杨 莉 陈 强3 张受业(北京印刷学院印刷包装材料与技术北京市重点实验室 北京 102600)Microstructures and Tribological Properties of Diamond 2LikeC arbon Films G row n by Plasma E nhanced Chemical V apor DepositionY ang Li ,Chen Qiang 3,Zhang Shouye(Lab o f plasma Physics and Materials ,Beijing Institute o f Graphic Communication ,Beijing 102600,China ) Abstract The diam ond 2like carbon (D LC )films were grown by RF plasma 2enhanced chemical vapor deposition(PEC VD )with C 2H 2as the carbon s ource and arg on as the diluted gas ,on substrates of polythylene terephthalate (PET )and glass.The microstructures and properties of the films were characterized with F ourier trans form in frared spectroscopy (FTIR ),Raman spectroscopy ,atomic force microscopy (AFM )and conventional mechanical probes.The results show that the am orphous hydrogenated carbon layers ,in the form of sp 2and sp 3hybridized carbon com pound ,coagulate ,and that the stoichimetries of carbon and hydrogen depend on the film growth conditions.In addition ,the ratio of sp 2and sp 3found to strongly affects its com pactness ,its uniformity and its wear resistance. K eyw ords PEC VD ,Diamend 2like carbon films ,Structure analysis ,T ribological property 摘要 以C 2H 2为碳源,Ar 气为辅助气体,利用射频等离子体化学气相沉积的方法在有机薄膜PET 和载玻片上制备了类金刚石(diam ond 2like carbon ,D LC )薄膜。
射频等离子体增强化学气相沉积类金刚石薄膜的结构及摩擦学性能研究
图 2 Ar 与 C2 H2 体积比例对红外吸收谱的影响 Fig. 2 Influence of Ar volume f ractio n on IR absorptio n spect ra of DL C films
1 实验
1. 1 样品的制备 将载玻片分别放到丙酮 、酒精 、去离子水里用超声波依次
清洗 10min ,然后将其在空气中晾干并放入真空室内 ,用机械 泵将真空室气压抽至 10 Pa ,然后依次向真空室内通入 Ar 和 C2 H2 ,使真空室气压稳定在 20 Pa 。将射频电源功率升高到 150W ,真空室内产生明亮辉光 ,Ar 被电离产生 Ar + ,Ar + 轰击 C2 H2 分子使其发生分解和离解 ,在载 ,然后功率降低到零 。打开真空 室 ,取出样品 。P ECVD 放电制备类金刚石薄膜实验装置示意 图见图 1 。 1. 2 样品的表征
2 结果与讨论
2. 1 红外光谱图 ( F TIR) 图 2 是 功 率 150W 、气 体 压强 20 Pa 、沉 积 时 间 40min 、V
收。 比较图 2b 和图 2d 可发现 ,随混合气体中 Ar 与 C2 H2 体
积比值的增加 ,类金刚石膜在 3000~2800cm - 1 区的 C —H 伸 展振动吸收峰的面积逐渐减小 ,但变化幅度不大 ,这表明随比 值的增大 ,类金刚石薄膜中 H 的含量有所降低 , 这是因为在 射频等离子体辉光放电过程中 ,Ar 分子发生 Penning 分解和 离解形成 Ar + ,使 C2 H2 分子分解和离解[8] ,使结合进入类金 刚石薄膜中的 H 的含量降低 。同时 Ar + 在直流负偏压的加速 作用下 ,高速轰 击 生 长 膜 面 , 导 致 亚 稳 的 s p3 键 向 s p2 键 转 变[9] ,随混合气体中 Ar 与 C2 H2 体积比值增大 ,轰击膜面的 Ar + 粒子流量随之增大 ,导致更多的 s p3 键向 s p2 键转变 ,增大 膜中 s p2 键的相对含量 。 2. 2 薄膜的沉积速率
CVD金刚石薄膜窗口试样制备及力学性能测量
国家自然科学基金资助项目(项目编号50005013)CVD 金刚石薄膜窗口试样制备及力学性能测量3200030 上海交通大学机械动力工程学院 晋占峰 孙方宏 简小刚 胡 斌 陈 明摘 要 本文以氢气和丙酮为原料,采用电子增强热丝C VD 法,在硅片(100)基体上沉积一层金刚石薄膜,并采用光刻法和湿式各向异性刻蚀技术制备出金刚石薄膜自支撑窗口试样。
实验结果表明,所制备的金刚石薄膜自支撑窗口刻蚀彻底,形状规则,能够很好地满足鼓泡法的实验要求,对C VD 金刚石薄膜力学性能的测量具有重要意义。
关键词 金刚石薄膜 硅基体 化学刻蚀 鼓泡法ABSTRACT Diam ond thin film is deposited on silicon slice (100),using hydrogen and acetone as gas res ource ,by means of electron -enhanced hot filament chemical vapor deposition (HFC VD ).Free -standing window sam ple of diam ond thin film was fabricated by means of photolithography and anis otropic wet etching.According to the test results ,the window of the sam ple was etched thoroughly and the window figure of the sam ple was regular.S o ,the sam ple is very suitable for bulge test.It is significant for testing of performance of C VD diam ond thin film.KE YWOR DS diam ond film ;silicon substrate ;chemical etching ;bulge test 1 引言近年来,采用化学气相沉积(C VD )法、等离子化学气相沉积(PC VD )法、火焰燃烧法、物理气相沉积(PVD )法、化学气相输运法、粒子束沉积法以及激光化学气相沉积(LEC VD )法等来制备金刚石薄膜材料的研究已经取得了突破性进展,金刚石薄膜的制备与应用已经成为薄膜材料领域中一个重要的研究方向。
类金刚石碳膜的制备及其机械性能和应用
类金刚石碳膜的制备及其机械性能和应用类金刚石碳(diamond-like carbon )膜简称DLC膜,是一类物理和化学性质类似于金刚石且具有独特摩擦学特性的非晶碳膜。
类金刚石碳膜易于大面积沉积,沉积速度快,沉积温度低,可采用金属和非金属材料作为衬底,加之其所具有的优良物理化学以及机械性能,所以具有重大的实用价值。
本文着重阐述类DLC膜的制备方法、机械性能及其在机械方面和其他一些领域的应用。
一、制备方法DLC膜的制备技术日益成熟,以下简单介绍常见的几种方法:1.等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)法(1)直流辉光放电(DG)法。
直流辉光放电法就是利用高压直流负偏压(-2至-5kV),使低压碳氢气体发生辉光放电,从而产生等离子体,等离子体在电场作用下轰击基体,并沉积成膜。
(2)热丝放电(HFG)法。
热丝放电法是在直流放电法的基础上发展而来的。
在阴极板的上面放一Mo丝,沉积DLC膜时,加热Mo丝到1100℃,产生大量热电子,这些电子将中和膜面沉积的正电荷,减小电荷积累所产生的电压降。
(3)射频辉光放电(RFG)法。
射频辉光放电法有两种形式:感应圈式和平行板电容偶合式。
对于感应圈式,当感应圈接上射频电源时,低压碳氢气体发生辉光放电而分解,形成等离子体,在基体上沉积成膜。
(4)双射频辉光放电(RF-RF)法。
用此法制备的DLC膜致密、无针眼、压应力低。
(5)射频-直流(RF-DC)法。
射频-直流法就是在射频辉光放电法的基础上加一直流电源,这样等离子体在直流负偏压和射频自负偏压的共同作用下轰击基体表面。
2.物理气相沉积(PVD)法(1)直流磁控溅射(DMS)法。
其基本原理是,受磁场控制的电子在低压下轰击氩原子,使之电离成氩离子,高能氩离子轰击石墨靶,溅射出碳原子,在基体上沉积成膜。
(2)射频溅射(RFS)法。
射频溅射法和射频辉光放电法很相似,只不过基体在阳极,石墨靶作为阴极。
石墨靶在射频振荡激发的氩原于轰击下,溅射出碳原子,在基体上沉积成膜。
超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究
超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究摘要:超厚类金刚石薄膜作为硬度极高、耐磨损的材料,在摩擦学领域具备广阔的应用前景。
本文通过介绍超厚类金刚石薄膜的制备方法,重点探讨了其在摩擦学性能方面的研究进展。
研究结果表明,超厚类金刚石薄膜具有极高的硬度和耐磨性,具备优异的摩擦学性能。
其中,薄膜制备过程中的气氛控制、衬底条件、沉积速率等因素对薄膜质量和性能有着重要影响。
此外,超厚类金刚石薄膜在摩擦实验中的摩擦系数、磨损率以及润滑性能也受到多种因素的影响,包括润滑剂的选择、工作环境和应变率等。
综上所述,超厚类金刚石薄膜的制备及其摩擦学性能研究为发展高性能润滑材料和提高机械设备寿命提供了基础和指导。
关键词:超厚类金刚石薄膜;制备方法;摩擦学性能;气氛控制;润滑性能1. 引言超厚类金刚石薄膜是指薄膜的厚度可以达到数十个纳米乃至更厚的一种纳米薄膜材料。
由于其具有硬度极高、磨损性能优异等特点,被广泛应用于摩擦学领域,如高精密机械设备的摩擦副材料、润滑材料等。
因此,超厚类金刚石薄膜的制备方法研究以及对其摩擦学性能的深入研究具有重要意义。
2. 超厚类金刚石薄膜的制备方法超厚类金刚石薄膜的制备方法主要包括化学气相沉积法(CVD)和物理气相沉积法(PVD)等。
CVD法是将碳源气体与反应气体在高温条件下反应生成金刚石薄膜的方法,其中常用的碳源气体有甲烷、乙炔等。
PVD法主要通过物理蒸发或溅射的方式使金刚石原料在高真空环境下冷凝形成薄膜。
目前,这些方法已经得到了广泛应用,并通过不断改进来提高薄膜的质量和厚度。
3. 超厚类金刚石薄膜的摩擦学性能研究超厚类金刚石薄膜在摩擦学性能方面表现出优异的特点。
首先,超高硬度使其在摩擦副材料中具有优异的耐磨性能;其次,由于薄膜结构致密且无缺陷,其摩擦系数通常较低,能够减少摩擦损失;此外,超厚类金刚石薄膜表面平整且具有较强的润湿性,可以提高润滑效果。
因此,超厚类金刚石薄膜在摩擦学领域有广泛应用前景。
CVD金刚石自支撑膜的力学性能
图1
DeBeers(元素 6 ) CVD 金刚石自支撑膜的断裂强度 [ 10] ( a )生长面受张应力 ; ( b)形核面受张应力
F ig . 1 F racture streng th o f CVD freestanding d ia m ond fil m s from D eBeers ( ele m ent 6) [ 10] ( a) gro w th surface in tension; ( b) nuc leation surface in tens ion 2
关键词 : 金刚石自支撑膜; 力学性能; 断裂强度 ; 断裂韧度 中图分类号 : TB43 文献标识码: A
文章编号: 1008 1690( 2011) 01 0001 09
M of CVD Freestanding D iamond F il m
LU F an x iu , SONG J ian hua, TANG W e i zhong , H E I L i fu, L I Cheng m ing, CH EN Guang chao
芯、 砂轮修整条及其他摩擦磨损应用 ) , 红外光学窗 口 (或球罩 ) , 高功率微波窗口 ( Gyrotron w indow ) , 高 功率 CO2 激光窗口, MEM s元件, 辐射探测器等都必 须承受应力, 且不容许在服役过程中发生材料断裂 和损坏。 CVD 金刚石膜目前在几乎所有的物理化 学性 能方面都与最高质量的天然 IIa 型金刚石单晶 ( 钻 石 )无异, 甚至超过了天然金刚石, 唯有力学性能仍 然还有非常大的差距。天然金刚石单晶的断裂强度 高达 3 GP a , 而 CVD 金刚石自支撑膜厚膜 ( 厚度 1~ 2 mm ) 的断裂强度仅为 300 M Pa 左右, 差不多低一 个数量级。而目前对影响 CVD 金刚石膜强度的机 制仍不十分清楚。 本文将对 CVD 金刚石自支撑膜力学性能研究 进展进行综述 , 以使相关的研究和应用部门的更多
类金刚石薄膜材料
类金刚石薄膜材料金刚石薄膜材料是一种具有许多优良性能的材料。
它由人工合成的金刚石晶体组成,具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性和优异的导热性能。
本文将介绍金刚石薄膜材料的制备方法、性能以及应用领域。
金刚石薄膜的制备方法有多种,最常用的是化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)。
CVD方法包括热CVD和等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,PECVD)。
热CVD法是通过在高温和高压下,使金刚石前体气体在衬底表面上沉积,形成金刚石薄膜。
PECVD方法则是通过在等离子体的作用下,使金刚石前体气体发生化学反应,从而在衬底表面沉积金刚石薄膜。
金刚石薄膜材料具有许多优异的性能。
首先,金刚石薄膜具有极高的硬度,它是目前已知最硬的天然材料。
这使得金刚石薄膜可以用于制作高硬度的涂层,具有良好的耐磨损性能。
其次,金刚石薄膜具有良好的导热性能,可以有效地传导热量。
这使得金刚石薄膜可以用于制作高性能的热传导材料,如散热器和热管理设备。
此外,金刚石薄膜还具有高化学稳定性和高热稳定性,可以在极端的条件下使用。
这使得金刚石薄膜在一些特殊的领域,如光学、电子和生物医学方面有广泛的应用。
金刚石薄膜在光学方面有许多应用。
由于金刚石薄膜具有较高的折射率和透过率,可以用于制作高性能的光学元件,如激光器窗口和透镜。
金刚石薄膜还具有优异的耐磨损性能,可以用于制作高性能的光学涂层,延长光学元件的使用寿命。
此外,金刚石薄膜还可以用于制作光学纤维和光学传感器。
金刚石薄膜在电子方面也有广泛的应用。
由于金刚石薄膜具有良好的导热性能和高化学稳定性,可以用于制作高功率电子器件的散热器和热管理设备。
金刚石薄膜还可以用于制作微电子元件,如高频微波器件和功率放大器。
此外,金刚石薄膜还可以用于制作高温电子设备,如航空航天电子设备和核电设备。
金刚石薄膜在生物医学方面也有一些应用。
直流热阴极PCVD法制备金刚石厚膜
通过 @%8%0 光谱和 ?AB 测量研究了金刚石膜 的生长特性。图 # 为金刚石膜生长表面和截面的 由此可知金刚石厚膜的结晶比较完整、 ?AB 照片, 显露面主要是 ( !!!) 面和 ( !++) 面, 而且晶粒是沿生 长面以柱状形式生长的。@%8%0 谱的测量结果表明 在 ! $$# -8 , ! 处有很强的金刚石结构的特征峰, 而在 ! &’+ -8 , ! 附近没有明显的非金刚石碳相的宽带峰, 见图 $。由此可知, 大尺寸金刚石厚膜的结构完整, 膜中非金刚石碳相的含量很少。
G4’H52 ,’(&$5$’( ’I &$#"’(& 52$,? I$%"
寸基板上的稳定辉光放电。他们用具有 - 个阴极的 直流辉光放电 -./0 方法合成出 ! %"" "", 膜厚为 ! % "" 左右的金刚石膜。 本研 究 建 立 了 非 脉 冲 式 热 阴 极 0.#-./0 方 法, 采用温度为 % %"" . / % *"" . 的热阴极及阴极和 阳极尺寸不相等配置合成了大尺寸高质量金刚石厚 膜。高导热金刚石厚膜用做大功率半导体激光二极
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类金刚石薄膜 球盘法测试类金刚石薄膜的摩擦磨损性能-最新国标
类金刚石薄膜球盘法测试类金刚石薄膜的摩擦磨损性能1范围本文件为类金刚石(DLC)薄膜的摩擦系数和比磨损率的测定规定了流程并提供了指导。
该方法规定材料在干燥条件下,采用球对盘结构配副进行测试。
本文件不适用于DLC薄膜涂层的部件在润滑环境下的测试。
2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T1182,产品几何技术规范(GPS)—几何公差-形状、方向、位置和跳动公差(GB/T1182-2018,ISO1101,MOD)GB/T6062,产品几何技术规范(GPS)—表面结构:轮廓法—接触(触针)式仪器的标称特性(GB/T 6062-2009,ISO3274,IDT)GB/T308.1,滚动轴承—球—第1部分:钢球(GB/T308.1-2013,ISO ISO3290-1,NEQ)GB/T308.2,滚动轴承—滚珠—第2部分:陶瓷滚珠(GB/T308.2-2010,ISO3290-2,IDT)ISO3611,产品几何技术规范(GPS)—尺寸测量设备:外部测量用千分尺-设计和计量特性GB/T10610,产品几何技术规范(GPS)—表面结构:轮廓法表面结构—术语,定义及参数(GB/T 10610-2009,ISO4287,IDT)ISO13385-1,产品几何技术规范(GPS)—尺寸测量设备—第1部分:卡尺;设计和计量特性ISO80000-1:2009,量和单位—第1部分:总则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。
磨损Wear固体材料由于与一种或多种材料接触发生相对运动,其表面质量逐渐减少的过程。
磨损测试Wear Test滑动接触中材料摩擦磨损性能的评价方法。
球盘试验法Ball-on-disc Method在一定载荷下,将球形试样接触到旋转的圆盘试样上,从而产生滑动接触的磨损试验。
橡胶表面类金刚石碳基薄膜制备及其摩擦学行为研究
橡胶表面类金刚石碳基薄膜制备及其摩擦学行为研究橡胶表面类金刚石碳基薄膜制备及其摩擦学行为研究摘要:橡胶材料广泛应用于工业领域,为了改善橡胶表面的耐磨性和摩擦性能,科学家们对橡胶表面进行了改性处理。
其中,类金刚石碳基薄膜制备是一种有效的方法。
本文通过气相沉积技术制备了类金刚石碳基薄膜,并对其摩擦学行为进行了研究。
研究结果表明,类金刚石碳基薄膜能够显著提高橡胶表面的硬度和抗磨性,并且具有优异的摩擦性能。
1. 引言橡胶材料,以其优良的弹性和密封性能,在汽车、航空航天、机械制造等领域得到广泛应用。
然而,橡胶表面的粗糙度较高,容易造成摩擦损失和磨损,降低了橡胶材料的使用寿命。
为了改善橡胶表面的耐磨性和摩擦性能,研究者们提出了各种改性方法,其中类金刚石碳基薄膜制备法成为一种热门研究课题。
2. 类金刚石碳基薄膜制备技术气相沉积技术是制备类金刚石碳基薄膜的主要方法之一。
在实验中,我们采用化学气相沉积技术制备类金刚石碳基薄膜。
首先,将橡胶样品放置于反应室中,通过控制反应条件,使碳源气体在橡胶表面沉积形成类金刚石碳基薄膜。
制备完成后,通过扫描电子显微镜对类金刚石碳基薄膜进行形貌观察和表征。
3. 类金刚石碳基薄膜的摩擦学性能研究为了评价类金刚石碳基薄膜对橡胶表面摩擦学性能的影响,我们利用摩擦学实验对橡胶试样进行了测试。
实验中,我们采用球-盘摩擦试验装置,以球-盘摩擦对作用在橡胶试样上,测量摩擦系数和摩擦磨损量。
实验结果显示,在加载力和滑动速度一定的条件下,橡胶试样表面覆盖类金刚石碳基薄膜后,摩擦系数取得显著改善,并且摩擦磨损量明显降低。
4. 类金刚石碳基薄膜的力学性能研究为了研究类金刚石碳基薄膜的力学性能,我们采用纳米压痕技术测量了薄膜的硬度和弹性模量。
实验结果表明,类金刚石碳基薄膜具有较高的硬度和较低的弹性模量,证明其能够显著提高橡胶材料的抗磨性和耐久性。
5. 结论本文采用气相沉积技术制备了类金刚石碳基薄膜,并对其摩擦学行为进行了研究。
DLC薄膜的研究
.
43
难以进行掺杂
透光率高
碳
设备简单便宜
带隙宽
薄
ee液 相 体 系 沉 积
反应易于控制
膜
电化学沉积
聚合物先驱体热解法
大面积沉积
亲和势低
内应力小
相容性好
本课题主要是探索电化学沉积DLC薄
膜的掺杂容易
膜的制备工艺及进行初步的性能表征
.
6
3.电化学沉积DLC膜的研究状况
自1992/1996年, Namba等人分别用乙醇/甲醇 首次在硅片上制得碳膜以来,液相方法愈来愈 受到人们的重视
2.微量水的加入不仅能显著增大电流密度, 且能有效增大镀膜速度
3.用AFM对非均质表面进行微区粘附力测量, 国内外罕见。
.
30
致谢
感谢指导老师庞重军博士的启发鼓励和热情帮 助
感谢应化实验室提供良好的实验条件 感谢化学学院及应化系师生的关心和支持 感谢本原纳米仪器公司王春华工程师、汤华清
工程师在AFM表征过程中的积极帮助 感谢广东省自然科学基金和茂名学院自然科学
32
29
26
23
20
0
1
2
3
4
水的用量 / mL
微量水的加入不仅能显著增大电
流密度,且能有效增大镀膜速度
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18
4. 电流密度和沉积时间的变 化关系
镀膜初期电流的增大可能与复杂的竞争性成膜机理有关
之后的下降主要是由于薄膜厚度的增加而引起电阻的升高
.
19
5. 镀膜前Si基体的表面形貌
HF腐蚀后的硅片呈山丘状,典型山丘高度约 10nm、直径约150nm,表面平均粗糙度约1.6nm
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CVD金刚石薄膜窗口试样制备及力学性能测量
CVD金刚石薄膜窗口试样制备及力学性能测量
晋占峰;孙方宏;简小刚;胡斌;陈明
【期刊名称】《金刚石与磨料磨具工程》
【年(卷),期】2002(000)006
【摘要】本文以氢气和丙酮为原料,采用电子增强热丝CVD法,在硅片(100)基体上沉积一层金刚石薄膜,并采用光刻法和湿式各向异性刻蚀技术制备出金刚石薄膜自支撑窗口试样.实验结果表明,所制备的金刚石薄膜自支撑窗口刻蚀彻底,形状规则,能够很好地满足鼓泡法的实验要求,对CVD金刚石薄膜力学性能的测量具有重要意义.【总页数】3页(P3-5)
【作者】晋占峰;孙方宏;简小刚;胡斌;陈明
【作者单位】200030,上海交通大学机械动力工程学院;200030,上海交通大学机械动力工程学院;200030,上海交通大学机械动力工程学院;200030,上海交通大学机械动力工程学院;200030,上海交通大学机械动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG7
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用射频PE—CVD在Si基体上沉积的类金刚石碳膜的摩擦性能
用射频PE—CVD在Si基体上沉积的类金刚石碳膜的摩擦性
能
唐礼德
【期刊名称】《等离子体应用技术快报》
【年(卷),期】1996(000)010
【总页数】2页(P17-18)
【作者】唐礼德
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】O484.2
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DBD-PECVD法制备CN薄膜的研究的开题报告
DBD-PECVD法制备CN薄膜的研究的开题报告题目:DBD-PECVD法制备CN薄膜的研究一、研究背景和意义氮化碳(CN)材料是一类与金刚石类似的新型材料,具有较高的硬度、优异的耐磨性和化学稳定性,可广泛应用于航空、军工、电子、光学等诸多领域。
目前制备CN薄膜的方法主要有磁控溅射、激光沉积、离子束沉积等技术,但这些方法存在着成本高、生产效率低等问题。
冷等离子体增强化学气相沉积(DBD-PECVD)技术是一种高效、低成本的制备薄膜的方法,已被广泛应用于薄膜制备领域。
相比传统的热CVD方法,DBD-PECVD技术具有工艺简单,沉积速度快,成膜过程在常温和大气压下完成等优点。
因此,利用DBD-PECVD技术制备CN薄膜具有很高的研究价值和应用前景。
二、研究内容和目标本研究旨在利用DBD-PECVD技术制备CN薄膜,并探究其制备工艺、结构与性能的关系。
具体研究内容包括:1.优化DBD-PECVD技术制备CN薄膜的工艺参数,探究其对CN薄膜品质的影响;2.利用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、Raman光谱等方法对CN薄膜结构进行分析和表征;3.测试CN薄膜的物理性能,如硬度、摩擦系数、耐磨性等。
三、研究方法和技术路线1.利用DBD-PECVD技术制备CN薄膜,将工艺参数(如气体流量、放电功率等)设置为不同的条件,制备不同品质的CN薄膜;2.采用XRD、FTIR、Raman光谱等方法对制备的CN薄膜进行表征和分析,探究其结构特征;3.利用纳米压痕仪、摩擦磨损仪等测试仪器测试CN薄膜的物理性能,如硬度、摩擦系数、耐磨性等;4.综合考虑制备工艺参数和CN薄膜物理性能等因素,寻找制备高品质CN薄膜的最佳工艺方法。
四、预期成果和意义预计本研究通过对DBD-PECVD法制备CN薄膜的工艺优化和结构性能分析,探究出一种制备优质CN薄膜的新方法,为相关领域的应用研究提供技术支持和理论指导。
同时,该研究成果具有一定的学术价值,可为相关学科领域提供新思路和新方法。
类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的制备和摩擦学性能研究的开题报告
类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的制备和摩擦学性能研究的开题报告题目:类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的制备和摩擦学性能研究一、研究背景和意义超硬材料是目前材料领域的热点之一,类金刚石和掺硅类金刚石因其硬度高、耐磨损、导热性能好等优异特性,被广泛应用于各个领域。
在摩擦学领域,超硬材料具有优异的耐磨损性能和摩擦性能,可以用于润滑剂、机械密封件、切削工具等多个领域。
类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜作为超硬材料的一种新型形态,具有更高的硬度和较低的摩擦系数,因而在摩擦学领域具备更广阔的应用前景。
然而,由于其制备工艺和质量控制的难度,目前文献报道较少,需要进一步开展研究。
本研究旨在开发一种可靠的方法制备类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜,并研究其摩擦学性能,为该材料的应用提供理论基础和实验支撑。
二、研究内容1. 制备类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的方法探究1.1 金属有机化学气相沉积法(MOCVD)1.2 离子束沉积(IBD)2. 超薄膜结构表征2.1 X射线衍射(XRD)2.2 扫描电子显微镜(SEM)3. 摩擦学性能测试3.1 微硬度计测试表征3.2 磨损测试3.3 摩擦系数测试4. 结果分析和总结4.1 通过对制备参数的优化,实现类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的高效制备;4.2 对超薄膜的结构和性能进行表征,探究其摩擦学性能的机理;4.3 总结超薄膜制备的工艺控制方法,为材料的实际应用提供参考。
三、研究计划本研究计划用时两年,具体计划如下:第一年:1. 完成类金刚石及掺硅类金刚石超薄膜的制备方法探究和最优化参数确定;2. 超薄膜的表征方法的建立和完善,包括XRD、SEM等表征方法的优化;3. 完成超薄膜的摩擦学性能初步测试。
第二年:1. 进行超薄膜的摩擦学性能测试的进一步探究和机理研究;2. 利用已有数据进行超薄膜的性能优化和改进;3. 对研究结果的分析和总结,并撰写毕业论文。
四、研究难点1. 超薄膜制备条件的优化;2. 超薄膜的质量和厚度控制;3. 超薄膜的结构和性能表征。
PECVD生长类金刚石薄膜的电学性质研究的开题报告
PECVD生长类金刚石薄膜的电学性质研究的开题报告一、研究背景和意义金刚石具有极高的硬度、导热性和化学稳定性等优良的物理和化学性质,因此被广泛应用于电子领域、机械加工、能源领域等方面。
金刚石薄膜作为一种新型材料,由于其具有透明、硬度高、耐磨损、热稳定性好、导热性好等特点,因此也得到了广泛的研究和应用。
其中,PECVD技术(等离子体增强化学气相沉积法)作为一种金刚石薄膜制备技术,具有工艺简单、生长速率快、成本低廉等优势,因此逐渐成为金刚石薄膜制备的主流技术之一。
然而,当前对于PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质的研究还较为有限。
因此,在此前提下,研究PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质,对于深入了解金刚石薄膜的性质,进一步提高其应用水平具有重要的意义。
二、研究目的和内容目的:本研究旨在探究PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质,并通过分析其电学性质来了解其物理和化学性质的特点,为其在电子领域的应用提供技术支撑和基础研究。
内容:1. 研究金刚石薄膜的生长机理以及PECVD生长技术的基本原理;2. 利用扫描电子显微镜(SEM)、X光衍射(XRD)等表征手段,对PECVD生长的金刚石薄膜的结构和形貌进行表征;3. 通过电学测试,分析PECVD生长的金刚石薄膜的电阻率、电容率等电学特性参数;4. 对得出的实验数据进行分析,探究PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质与其生长条件、工艺参数等的关系;5. 结合分析结果,深入探究PECVD生长的金刚石薄膜的物理和化学性质。
三、研究方法和步骤1. 原料选择与准备:选择优质的气体和金刚石衬底制作样品;2. PECVD生长:采用PECVD技术生长金刚石薄膜;3. 表征:运用SEM、XRD等手段对金刚石薄膜的结构和形貌进行表征;4. 电学测试:测量样品的电阻率、电容率等电学参数;5. 数据分析:通过数据分析,探究PECVD生长的金刚石薄膜的电学性质与其生长条件、工艺参数等的关系。
RF-PECVD法在PMMA上沉积类金刚石碳膜的性能研究的开题报告
RF-PECVD法在PMMA上沉积类金刚石碳膜的性能研究的开题报告一、研究背景和意义类金刚石碳膜具有超高硬度、优良的耐磨性、高温稳定性、化学惰性等优异性能,因此已广泛应用于陶瓷、硅片、光学学、模具等领域。
目前,沉积类金刚石碳膜的方法主要有化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PECVD)两种方式。
其中,RF-PECVD 法在沉积后膜层中不含氢,表现出更高的纯度和化学惰性,因此能适用于更广泛的领域。
在已有的研究中,类金刚石碳膜主要是沉积在硅片和金属表面上的,而在PMMA表面上的研究较少,因此利用RF-PECVD法在PMMA表面沉积类金刚石碳膜的研究具有重要的理论和应用意义。
二、研究目的和内容本文旨在探究RF-PECVD法在PMMA表面沉积类金刚石碳膜的方法和性能,具体内容包括:1.研究不同实验参数对类金刚石碳膜沉积速率的影响,如放电功率、反应气体流量、沉积时间等;2.测试不同条件下PMMA表面的接触角、耐磨性等性能指标,研究类金刚石碳膜对PMMA表面性能的影响;3.利用相关仪器测试类金刚石碳膜的化学组成和膜层结构,探究不同沉积条件下膜层的微观结构和物理性能;4.分析不同沉积条件下类金刚石碳膜对PMMA表面粘附性能的影响机制。
三、研究方法本文采用RF-PECVD法在PMMA表面沉积类金刚石碳膜,并通过接触角、耐磨性等性能测试以及X射线光电子能谱分析、扫描电镜观察等手段探究不同沉积条件下类金刚石碳膜的性能与结构。
四、研究意义和创新点1.开拓了类金刚石碳膜的新应用领域,为PMMA表面性能的提升提供了新的途径。
2.深入探究类金刚石碳膜的性能与结构之间的关系。
3.提高类金刚石碳膜的制备技术水平,具有一定的工业应用价值。
4.为PMMA表面涂层材料的开发提供了新的想法和思路。
本研究的创新点在于首次利用RF-PECVD法在PMMA表面沉积类金刚石碳膜,探究其对PMMA表面性能的影响机制,为类金刚石碳膜的应用领域拓展提供了新的方向。
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251Vol.25No.1 20112CHINESE JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH February2011PECVD∗(221116)(rf–PECVD),45(DLC), (Raman)X(XPS)(SEM)(AFM),DLC,GCr15,UMT–DLC,,45,,DLC,45,0.008,,,XPS,TB3831005-3093(2011)01-0073-06Tribological Properties of Diamond–like Carbon FilmsDeposited by PECVDWANG Qingliang SUN Yanmin∗∗ZHANG Lei(School of Material Science and Engineering,China University of Mining&Technology,Xuzhou221116) *Supported by National Key Basic Research and Development Program of China No.2007CB607605, and Tribology Science Fund from State Key Laboratory of Tribology(SKLT)at Tsinghua University No.SKLTKF08A01.Manuscript received October13,2010;in revised form December17,2010.**To whom correspondence should be addressed,Tel:(0516)83591916,E–mail:sunyanmin@ ABSTRACT Diamond–like carbon(DLC)films were prepared on the surface of45steel substrates by the radio–frequency plasma enhanced chemical vapor deposition(rf–PECVD)technique.The bond structure,surface morphology and microstructure of DLCfilm were characterized with a laser Raman spectroscopy(Raman),X–ray photoelectron spectroscopy(XPS),scanning electron microscopy(SEM) and atomic force microscope(AFM).The hardness of DLCfilm was determined by the tribo–indenterin−situ nano–mechanical test system.Tribological behaviors of DLCfilm against GCr15steel were performed using a UMT–friction and wear tester under the various normal loads and sliding speeds.And the wear mechanisms were also analyzed.The experimental results showed that the thinfilm deposited on the surface of45steel has the typical structural characteristics of DLCfilm.The surface of DLCfilm composes of the compact nano–particles,which has the higher hardness than that of the45steel substrates.Under the different tribological conditions,DLCfilm showed the higher wear–resistance and lower friction coefficient compared with the45steel substrates.Especially in the high–speed and low–load conditions, the friction coefficient was lower than0.008.KEY WORDS surface and interface in the materials,PECVD,diamond–like carbonfilms,XPS,friction and wear(DLC)sp3C sp2C,sp3C DLC,*2007CB607605,SKLTKF08A012010101320101217:[1,2][3,4][5],DLC[6,7]DLC,(PVD)(CVD),74251DLCTable1The deposition parameters of DLCfilmsPower/W Temperature/Pressure/Pa CH4:H2/mL·min−1Time/h30060530:90 1.5,(rf–PECVD),,DLCDLC,DLCFe,[8][9]DLC,Si SiC TiN CrN W,,DLC[10−12]rf–PECVD45DLC,Si,,DLC,11.1DLC45,,20–26HRA32mm7mm(R a≤0.2µm),20min,,Si,Si DLC11.2T64000Raman DLC,514.5nm,1000–1800cm−1,2cm−1,1µm,5mW;AXIS ULTRA DLD XPS,Al KαX;(S3000,Hitachi Co.)(AFM)DLC;UMT–,4mm GCr15 ,( 357.5MPa)–,0.5kg 1.5kg 2.5kg,0.05m/s0.15m/s0.25m/s MicroXAMSEM DLC22.1Raman XPS1DLC,D1365cm−1,G1571cm−1,Raman[13]DLC α–C:H,HDLC sp2sp3C—C,sp3,,[14]Ramansp3,D Gsp2sp3Raman,D GI D/I G0.67,sp3,DLC,DLC sp3C,XPS,C1s Gaussian2a DLC XPSDLC,O1s DLC2b DLC C1s,C1s3 ,284.3eV sp2C,284.9eV sp3C, 286.8eV C—O1DLCFig.1Raman spectrum of the DLCfilm1:PECVD752DLC XPS C1sFig.2XPS surface spectrogram(a)and C1s spectra(b)of the DLCfilmsp3C[15,16], sp3C48.7%2.2DLCDLC SEM3a,DLC,,3b DLC AFM,,163nm;,R a 6.9nm4,,,Si DLCSi DLC3.2µm,DLC1µm2.32(3.5mN 4.5mN3DLC SEM(a)AFM(b)Fig.3SEM(a)and AFM(b)images of the DLCfilm4DLC SEMFig.4SEM cross–sectional morphology of the DLC film5.5mN)45DLC1µm,2Table2Results of the nano-hardness testSample No.h max/nm A/nm2P max/mN H/GPa a146.380.420 3.58.34 b167.910.445 4.510.11 c180.70.455 5.512.17625146.4nm167.91nm180.7nm,1/5∼1/10,DLC[17,18]2,DLC8GPa,DLC(3–20GPa)DLC,XPS,,,,C,,sp2C sp3C,[19];,,5Fig.5Influence of sliding speed on the friction coef-ficients of DLCfilms.(a)0.5kg,(b)1.5kg,(c)2.5kg,,,2.4DLC5,,DLC45,DLC45, DLC,,DLC,,DLC,,,,,DLC sp3sp2,,[20−22],,,6,,,,,,,[23]5 6,DLC,0.29,0.0082.5kg,DLCSEM7,8,9DLC,,6Fig.6Influence of the applied load on the friction coefficients of DLCfilms for the same slidingspeed1:PECVD777 2.5kg SEMFig.7SEM micrographs of the wear surface of the DLCfilms.(a)0.05m/s,(b)0.25m/s8DLCFig.83D–profile micrographs of the grinding crack of the DLCfilms.(a)0.05m/s,(b)0.25m/s;DLC,,Si(7)89,9DLCFig.9Depth and width of the grinding crack of the DLCfilms.(a)0.05m/s,(b)0.25m/s1.30µm;0.63µm,, DLC31.rf–PECVD,,Si45DLC,8GPa2.,45DLC,DLC1J.Robertson,Diamond–like amorphous carbon,Materials Science and Engineering,37,129(2002)2 A.Grill,Tribology of diamond like carbon and related ma-terials:an updated review,Surface and Coatings Technol-ogy,91,507(1997)3LIU Hongxi,JIANG Yehua,ZHOU Rong,ZHAN Zhaolin, TANG Baoyin,Effect of diamond–like carbonfilms on the bearing steel surface mechanical properties and rolling contact fatigue life,Chinese Journal of Materials Research,782523(1),43(2009)(,,,,,,, 23(1),43(2009))4R.Hauert,An overview on the tribological behavior of diamond–like carbon in technical and medical applica-tions,TribologyInternational,37,991(2004)5LIU Hongxi,SU Haiqing,JIANG Yehua,MENG Chun-lei,LIN Bo,Characteristics and rolling contact fatigue model of diamond–like carbonfilms on aerospace bearing surfaces,Acta Aeronautica Et Astronautica Sinica,30(9), 1769(2009)(,,,,,DLC,, 30(9),1769(2009))6LI Zhenjun,XU Tao,LI Hongxuan,HAO Junying,ZHOU Huidi,CHEN Jianmin,Review on tribological properties and wear mechanisms of diamond–like carbonfilms,Jour-nal of Materials Science&Engineering,22(5),774(2004) (,,,,,,,, 22(5),774(2004))7 C.Donnet,A.Grill,Friction control of diamond–like car-bon coatings,Surface and Coatings Technology,94-95, 456(1997)8O.GI.zman, A.Hoffman,Adhesion improvement of dia-mondfilms on steel subtrates using chromium nitride in-terlayers,Diamond and Related Materials,6,796(1997) 9M.D.Bentzon,K.Mogensen,J.Bindslev Hansen,C.Barho1m∼Hansen, C.Tneholt,P.Holiday,S.S.Eskildsen,Metallic interlayers between steel and diamond–like carbon,Surface and Coatings Technology, 68–69,651(1994)10 A.Erdemir,O.L.Eryilmaz1,I.B.Nilufer,G.R.Fenske,Syn-thesis of super low–friction carbonfilms from highly hy-drogenated methane plasmas,Surface and Coatings Tech-nology,133–134,448(2000)11Kwang Ryeol Lee,Kwang Yong 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