硅掺杂类金刚石薄膜微米尺度摩擦性能研究

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类金刚石薄膜资料介绍

类金刚石膜技术基础一、类金刚石薄膜发展史：金刚石、类金刚石薄膜技术，是指利用各种光学薄膜制作技术制作接近天然金刚石和人造单晶金刚石特性（如在较宽光谱内均具有很高的光透过率－－在2～15μm（微米）范围光的吸收率低到1％；具有很高的硬度、良好的导热性、耐腐蚀性以及化学稳定性高－－1000℃（摄氏度）以上仍保持其化学稳定性等）的人造多晶金刚石薄膜、类金刚石薄膜（又称为硬碳膜、离子碳膜、或透明碳膜）的一种技术。

光学应用金刚石、类金刚石薄膜主要采用低压化学汽相沉积（CVD）技术制备。

低压CVD 技术包括热丝CVD法、等离子体CVD法、离子束蒸镀法、光/激光CVD法附加活性氢激光CVD 法等。

目前，CVD法制作金刚石薄膜已取得丰硕成果，但作为红外光学薄膜应用还需进一步解决金刚石薄膜对红外光学材料的粘着性和光散射的问题。

CVD法制作的金刚石薄膜与硅基片的粘着性是不错的，但是与其他材料（如锗、硫化锌等）基片的粘着性就甚差，或是根本就粘着不到一起去。

对于光散射的问题，则是要求如何更好地控制金刚石薄膜表面形态和晶粒结构。

理想的CVD法制造的红外光学应用的金刚石薄膜或许是一种单晶结构的膜，但是，目前使用CVD法还不能制造单晶结构的金刚石薄膜。

此外，大面积薄膜的制作、膜的光洁度等技术课题以及金刚石薄膜的制作成本问题，都有待于继续研究解决。

1.1金刚石、类金刚石薄膜研究进程自1963年在一次偶然的机会出现了不寻常的硬度和化学性能好的化学汽相沉积（CVD）碳形式的薄膜后,国外有不少研究单位开始研究金刚石薄膜的沉积工艺.1971年,艾森伯格（Aisenberg）和沙博（Chabot）等人,利用离子束蒸镀法,以石墨作薄膜材料,通过氩气弧光放电使石墨分解电离产生碳离子。

碳离子经磁场聚焦成束,在比较高的真空条件下,在低压沉积室内的室温下的基片上沉积出了硬碳膜。

这种硬碳膜具有近似于金刚石的一些特性－如透明度高、电阻抗大、硬度高等。

应用于半导体器件的掺杂纳米金刚石膜

应用于半导体器件的掺杂纳米金刚石膜
苏汪华，礼威，江含，建熊刘鹏飞，川
（．１武汉工程大学湖北省等离子体化学与新材料重点实验室，武汉４０７；３０４
２中国科学院等离子体物理研究所，肥２０３）．合３０１
可以实现金刚石薄膜的硼掺杂．硼金刚石薄膜掺
的研究也已经非常成熟，用同质外延生长法得采
到的硼掺杂金刚石薄膜的研究中，ｍａａａ等ｌＹａｎｋ＿５］测量其霍尔迁移率达到１８０ｅ４ｍ。・（・ｓ＿．Ｖ）。
１金刚石掺杂类型的研究
采用微波等离子体化学气相沉积（ｃｏｖＭｉｗａｅｒ
ｐａｍａｃｅｃｌａｏｅｏｉｏ，ＣｌｓｈｍｉｐｒｄｐｓｉｎＭＰＶＤ）合ａｖｔ法
难题．种理论和实践研究都没能很好的证明哪各种施主原子能够产生足够浅的能级，室温下能在产生电子使之导电．现将可能使金刚石薄膜产生ｎ
纳米金刚石薄膜进行掺杂研究也成为金刚石薄膜材料研究领域的一个新的热点方向．
迁移率，别得到了室温电子迁移率４５０ｅ・分０ｍ
（・），穴迁移率３８０ｃ・Ｖ・）。Ｖｓ～空０ｍ（ｓ＿．１２金刚石薄膜的ｎ型掺杂．金刚石薄膜的ｎ型掺杂是世界各国研究开发的最热门的课题之一，是被公认的尚未解决的也

金刚石涂层机械密封环的制备与抛光特性研究

金刚石涂层机械密封环的制备与抛光特性研究雷学林;何云;孙方宏【摘要】为延长机械密封环的工作寿命,采用热丝化学气相沉积法在碳化硅陶瓷机械密封环工作表面涂覆具有耐磨减摩特性的、厚度30～50 μm微米金刚石(MCD)、纳米金刚石(NCD)和微纳米金刚石(MNCD)薄膜.分析结果表明:MCD薄膜的拉曼光谱具有明显的多晶金刚石特征峰,NCD和MNCD薄膜的拉曼光谱中出现了代表石墨和不定型碳的G峰和D峰.利用平面抛光实验,对比MCD、NCD和MNCD涂层机械密封环后续处理的抛光特性.实验结果表明:MNCD涂层抛光效率高且耐磨损性能优异,其综合使用性能优于MCD和NCD涂层,更适合涂覆在机械密封环表面,以增强其耐磨损性能.%In order to prolong the working life of mechanical seals,the micro crystalline diamond (MCD),nano crystalline diamond (NCD) and micro/nano crystalline diamond (MNCD) films with excellent wear resistance and low friction coefficient were deposited on the working faces of silicon carbide mechanical seals by chemical vapor deposition method.The results of Raman spectrum analysis show that the thickness of as-deposited MCD,NCD and MNCD films is all about 30～50 pm.The Raman spectrum of MCD film shows distinct peak of crystalline diamond,while the G and D peaks representing graphite and amorphous carbon are presented in the Raman spectra of NCD and MNCD films.The subsequent polishing properties of MCD,NCD and MNCD coated mechanical seals were comparatively studied by the plane polishing experiments.The experimental results indicate that the MNCD coating exhibits higher polishing efficiency and excellent wear resistance,showingbetter functional performance compared with the MCD and NCDfilms,which is more suitable to be deposited on the mechanical seals to improve their wear resistance.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)009【总页数】4页(P34-37)【关键词】金刚石薄膜;机械密封环;拉曼光谱;抛光性能【作者】雷学林;何云;孙方宏【作者单位】华东理工大学机械与动力工程学院上海200237;华东理工大学机械与动力工程学院上海200237;上海交通大学机械与动力工程学院上海200240【正文语种】中文【中图分类】TB43;TH117.1近年来，机械端面密封技术已广泛应用于石油、化工、轻工、冶金、机械、航空和原子能等工业领域[1-3]。

金刚石膜及类金刚石膜的光学应用研究进展

综合评述｜光学薄膜ＲＥＶＩＥＷ
金刚石膜及类金刚石膜的光学应用研究进展
ＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆＯｐｔｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤｉａｍｏｎｄＣａｒｂｏｎＦｉｌｍｓａｎｄＤｉａｍｏｎｄ－ＬｉｋｅＣａｒｂｏｎＦｉｌｍｓ
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此外，没有镀增透膜的自支撑金刚石膜的透射率仅仅略高于７０％，需要在其上镀制增透膜。在单面镀膜情况下，增透膜材料的折射率应是１．５４，即为金刚石折射率的平方根。氧化钇（Ｙ２Ｏ３，折射率１．６１）已被成功用作金刚石膜的增透膜，使其在１０．６ｍｍ处的透过率达９０％以上。对于工作在高温下（＞７００ ℃）的金刚石膜，还要求增透膜耐高温。金刚石膜在镀氧化钇后，在１３００ ℃下没有氧化损伤。与之相比，未镀氧化钇的金刚石膜在８００ ℃下，７５ｓ后，由于氧化导致的表面刻蚀可以观测到光散射严重增加［６］。２．２作为硅增透／保护膜的应用

我国类金刚石薄膜主要制备技术及研究现状

• 5.医疗设备和器具：手术刀片，手术剪，心脏瓣膜，人工关节，血管支架。 • 6.内燃机工业：燃料喷射系统（气门挺杆，柱塞，喷油嘴），动力传动系统（齿轮轴承凸轮轴），活塞部件（活塞环，活塞销），门扣锁，内饰。 • 7.娱乐健身：扬声器振膜，移动硬盘，光盘，高尔夫球具，自行车部件，剃须刀片。 • 8.光学：红外增透膜，减反射膜，玻璃镀膜，镜片镀膜，亚克力镀膜，保护膜。 • 9.装饰镀膜：手机外壳，高档手表，室内外五金卫浴产品，饰品。 • 10.航空航天：飞机，导弹整流罩镀膜，卫星，太阳能电池镀膜。
激光法制备DLC膜的发展趋势
• DLC膜的沉积方法可分为物理沉积法和化学沉积法两大类。化学沉积法已十分成熟，但由于化学法沉积的DLC膜必然含氢，导致膜层化学稳定性、热稳定性、硬度、附着力较差。此外，化学法均需要在高温下(>400oC)沉积，对于不耐高温的材料(如玻璃、硫化锌等)无法在上面镀DLC膜；对于耐高温的材料，虽然化学法可以镀膜，但由于DLC膜热膨胀系数很小，和衬底热膨胀系数差异大，沉积完成后，膜内部会产生较大的热应力，甚至导致薄膜起皮、剥落。因此，世界各国近年来都在积极开展可以制备无氢DLC膜的物理沉积法研究。
我国类金刚石薄膜主要制备技术及研究现状
汇报人：王培东指导老师：胡鹏飞
主要内容
一、类金刚石薄膜介绍二、类金刚石薄膜制备技术三、类金刚石薄膜应用四、类金刚石薄膜应用展望
一、类金刚石薄膜介绍
• 类金刚石薄膜(DiamondLike Carbon)是金刚石的sp3杂化和石墨sp2杂化两种结合键作为骨架构成的非晶态碳膜，简单地讲，由纳米级的金刚石和碳混合形成，金刚石占20%-80%。由sp3 结合的金刚石和sp2结合的石墨与H(氢)组成的三元相图右图：

【国家自然科学基金】_粘附系数_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731

2014年序号 1 2 3 4 5
科研热词高岭土自修复保护膜纳米颗粒添加剂减摩行为
推荐指数 1 1 1 1 1
2009年序号词推荐指数摩擦磨损 2 镍 1 超高分子量聚乙烯 1 脂联素 1 聚酰亚胺 1 糖尿病肾病 1 粘附性 1 电阻温度系数 1 热敏传感器阵列 1 氧化物薄膜 1 柔性 1 复合弹性材料 1 可溶性血管细胞粘附分子1 1 mn+1axn相 1
2013年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
2013年科研热词粘附迟滞荧光定量pcr 花粉特征繁育系统粘附因子粘弹性疲劳理论猪链球菌2型摩擦学授粉过程弹性体开花物候学山羊臭虎耳草实验压电粘弹性微梁压电效应剥离系数几何参数推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
科研热词规则多孔铜自润滑膜生物反应器胞外聚合物粘结剂磨粒磨损磨损机制相对疏水性混合液特性河流生态健康水质水润滑轴承摩擦磨损常压浸渗大型底栖动物塑性变形 b-ibi指数
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
科研热词风雨振规范形硅掺杂类金刚石薄膜球头探针水线斜拉索接触模型微米尺度定常解
推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

金刚石微粉表面镀覆研究进展

金刚石微粉表面镀覆研究进展代晓南;何伟春【摘要】Copper, titanium, nickel, tungsten, molybdenum, silver, etc., are mainly used for diamond surface coating.These coating can enhance the compressive strength of diamond grains, the coefficient of thermal conductivity of grinding tool, service life, increase the binding force between the diamond abrasive and binder.There are a lot of different diamond surface plating processes, mainly included chemical plating, plating, magnetron sputtering, vacuum deposition, etc.Small size of diamond particle is required in grinding fluid, fine grinding and wire saw, so this needs fine grain diamond surface plating, but 5 ~10 μm is the smallest size in the industry at present, and its performance is not very good, so the study of fine grain diamond micro powder coating should be stepped up.%用于金刚石表面镀层的金属主要有铜、钛、镍、钨、钼、银等，不同程度的提高了金刚石颗粒的抗压强度、磨具的导热系数、使用寿命。

大面积纳米金刚石薄膜的制备及场发射性能

大面积纳米金刚石薄膜的制备及场发射性能周文龙;张铭;宋雪梅;严辉【摘要】以CH4和H2为反应气，采用微波等离子体增强化学气相沉积方法在直径为10 cm的硅原片上制备纳米金刚石薄膜。

用X射线衍射仪、拉曼光谱、扫描电镜和原子力显微镜对薄膜的组成结构及性能进行表征。

结果表明：薄膜的平均晶粒尺寸约为13.8 nm，厚度可达10.8μm，表面粗糙度约为11.8 nm；其拉曼光谱是典型的纳米金刚石薄膜的特征峰峰形，同时在高真空条件下对所制备的薄膜样品进行场发射性能测试。

%Nanocrystalline diamond (NCD) films were synthesized on the silicon substrate with diameter of 10 cm by microwave plasma enhanced chemical vapour deposition using CH4 and H2 as the reactant gas. The film composition and performance were characterized by X-ray diffractometry, Raman spectroscopy, scanning electron microscopy and atomic force microscopy, respectively. The results show that, the average grain size of the film is about 13.8 nm, the maximum thickness can reach 10.8μm and the surface roughness is 11.8 nm. The Ram an spectrum is the typical characteristic peak shape of nanocrystalline diamond films, and the field emission properties were measured under high vacuum conditions.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2014(000)011【总页数】5页(P2844-2848)【关键词】纳米金刚石薄膜;拉曼图谱;表面粗糙度;场发射性能【作者】周文龙;张铭;宋雪梅;严辉【作者单位】北京工业大学材料科学与工程学院，北京 100124;北京工业大学材料科学与工程学院，北京 100124;北京工业大学材料科学与工程学院，北京100124;北京工业大学材料科学与工程学院，北京 100124【正文语种】中文【中图分类】TB43金刚石薄膜在微电子学、光学、微观结构的电子材料等方面有着很好的潜在应用价值，随着化学气相沉积技术的日益发展，采用各种不同的化学气相沉积方法沉积金刚石薄膜得到广泛的研究。

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。

金刚石膜及类金刚石膜的光学应用研究进展

智库理论智库时代·210·金刚石膜及类金刚石膜的光学应用研究进展曹倩雯（南京理工大学紫金学院电子信息工程系，陕西西安 710038）摘要：金刚石膜以及类金刚石膜在光学元件的保护中有着重要的作用，金刚石膜以及类金刚石膜的特性决定了他们的使用方式，由于这两种膜的高硬度、低摩擦系数、高稳定性，所以在光学元件的保护膜方面普遍选用这两种膜。

金刚石膜的宽光透过特性是选用金刚石膜的重要依据之一。

类金刚石膜的优点更多，类金刚石膜的制备较为简单，而且类金刚石膜的表面比金刚石膜的表面更加光滑，折射率容易控制，对于硅类材料的红外线透性有很好的增加效果。

关键词：金刚石膜；类金刚石膜；光学仪器中图分类号：P619.24+1文献标识码：A文章编号：2096-4609（2019）33-0210-002由于类金刚石膜的内部可以用其他材料代替碳氢键，有效减少碳氢键对光线的吸收峰，对于红外线类光学元件有很好的保护作用。

事实上，金刚石的折射率大约在2.3左右，类金刚石膜的折射率在2的上下0.5左右浮动，光学元件对于保护膜的定义是折射率越高，保护效果越好，所以金刚石膜以及类金刚石膜对于光学元件的保护效果好于其他材料的保护膜。

一、金刚石膜以及类金刚石膜的简介光学元件对于保护膜的要求是非常高的，用于光学元件的金刚石保护膜对于膜的要求同样是十分高的，为了保护光学元件，透明度一定要好，面积一定要大，膜的均匀性是关乎膜质量的关键因素，所以金刚石膜一定要均匀。

另一方面，用于光学仪器的金刚石膜分为两种厚度，一种平时成为金刚石窗口，厚度在600微米及以上，另一种是仅有几十微米的超薄膜。

光学元件上用的金刚石膜，在物理性质以及化学性质上与自然的金刚石单晶相差不大。

金刚石膜以及类金刚石膜的应用范围十分广泛，在一些光学材料表面都有使用，在一些高端的光学仪器上，类似于高端的天文望远镜等都已经装备上了金刚石膜或者类金刚石膜。

金刚石膜以及类金刚石膜的制作方法都是有沉积制作的，制作方法根据原理不同而分为化学制作法以及物理制作法。

类陨石坑表面类金刚石薄膜的制备及摩擦特性

类陨石坑表面类金刚石薄膜的制备及摩擦特性郑锦华;张冲;晁云峰;李聪慧【摘要】为了提高DLC(Diamond-like Carbon)类金刚石薄膜与SAE1060碳素钢基材的结合强度,以延长发动机活塞环的使用寿命,研制了一种带有复合阳极的RF-DCCVD双电源化学气相沉积设备.利用锯齿结构的辅助阳极产生尖端放电,制备了具有微米类陨石坑非连续结构的DLC薄膜,并利用Ball-on-Disk摩擦评价试验机评价了薄膜的摩擦特性.着重研究了极间距S-T对薄膜表面类陨石坑密度的影响;最后利用拉曼光谱仪分析了薄膜结构和成分.结果表明:在同样的电压下,类陨石坑的密度随着电极间距的增加而减小,最佳电极间距S-T为40～60 mm,此时不仅具有比较适中的类陨石坑密度,对DLC薄膜的摩擦特性影响不大,而且具有较强的界面结合强度.当S-T为50 mm,施加载荷为3N时,薄膜的破坏寿命达到了130万循环,比光滑表面的薄膜延长了30万循环.得到的结果显示微米类陨石坑非连续结构能够有效地释放膜内的残余压缩应力,延长SAE1060碳素钢基材上沉积类金刚石薄膜的使用寿命.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2014(022)004【总页数】8页(P934-941)【关键词】类金刚石薄膜;界面强度;摩擦特性;破坏寿命;残余应力;拉曼光谱【作者】郑锦华;张冲;晁云峰;李聪慧【作者单位】郑州大学化工与能源学院,河南郑州450001;河南瑞邦能源科技开发有限公司,河南郑州450001;郑州大学化工与能源学院,河南郑州450001;郑州大学化工与能源学院,河南郑州450001;郑州大学化工与能源学院,河南郑州450001【正文语种】中文【中图分类】O484.2;TN304.0551 引言类金刚石薄膜（Diamond－like Carbon，DLC）是固体润滑薄膜材料中最具代表性的材料之一，由于含有sp3金刚石结构成分和sp2石墨结构成分，因而具有较低的摩擦系数和高的耐磨强度，已经广泛地用于各种运动机构的润滑及抗磨损［1－3］。

【国家自然科学基金】_掺杂金刚石薄膜_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140801

2008年序号 1 2 3 4
科研热词非晶金刚石薄膜非晶硅太阳电池转化效率 p型掺杂
推Hale Waihona Puke 指数 1 1 1 12009年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
科研热词化学气相沉积金刚石过滤阴极真空电弧沉积(fcva) 超纳米金刚石薄膜纳米引晶硼掺杂直流热阴极热丝无机非金属材料掺硼掺杂金刚石薄膜 xps ta-c raman光谱 n薄膜 cvd
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2011年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2011年科研热词纳米金刚石薄膜纳米金刚石膜纳米复合薄膜磁控溅射无机非金属材料摩擦学性能掺杂微波等离子体半导体器件化学气相沉积 n型掺杂 al/a-c∶h 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
推荐指数 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2010年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
科研热词化学气相沉积高温高压金雕石薄膜金刚石类金刚石薄膜磨损硼掺杂金刚石硅掺杂类金刚石薄膜硅掺杂球头探针润滑材料摩擦掺杂接触模型微观摩擦微米尺度原子力显微镜 raman光谱
2012年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
科研热词类金刚石薄膜高功率脉冲磁控放电表面修饰结晶度纳米金刚石薄膜纳米金刚石磨损磁控溅射电极电导率电化学水润滑摩擦学性能摩擦掺杂微结构微波等离子体力学性能催化偏压 si-dlc crn

硬质合金基体金刚石薄膜摩擦学性能的探究

硬质合金基体金刚石薄膜摩擦学性能的探究硬质合金是以高硬度难熔金属的碳化物(WC、TiC等)微米级粉末,并通过Co 等较软金属为黏结剂烧结而成的一种合金,具有高韧性、高硬度、良好的热稳定性等优良特性,在耐磨和低粗糙度加工方面应用非常广泛,为制造刀具的理想材料。

传统硬质合金刀具在高速切削过程中,随着切削速度的加快,刀具温度随之升高,温度升高会导致硬质合金硬度降低,最终会影响加工零件的精度。

随着硬质难加工材料在精细加工领域越来越多的应用,如汽车、航空航天、集成电路板卡等,传统的硬质合金刀具已经很难满足加工的精度要求。

如何对刀具表面进行强化以提高其使用寿命并扩大其应用范围,成为一个亟待解决的问题。

CVD金刚石薄膜因具有天然金刚石的高硬度、低摩擦系数等优异的性能而被誉为21世纪最具发展前途的新型工具涂层材料,适用于高硅铝合金、金属基复合材料、工程陶瓷、纤维增强塑料等难加工材料的切削加工。

CVD金刚石薄膜材料的优势在于,可以在复杂形状的硬质合金基体上直接沉积以制造金刚石涂层刀具。

CVD金刚石薄膜作为理想的工具涂层和耐磨材料,还应用于内表面要求耐磨和低粗糙度的工具,如拉丝模、紧压模等,应用前景广泛。

基于以上优势,对硬质合金基体表面沉积的金刚石薄膜的摩擦磨损性能进行研究具有重要意义。

本文综述了近年来国内外对硬质合金基体金刚石薄膜摩擦学性能研究的进展,指出了硬质合金衬底表面金刚石涂层摩擦磨损研究的方向。

1 硬质合金基体CVD金刚石薄膜的摩擦机理CVD金刚石薄膜的摩擦学行为是众多因素共同作用和影响的结果。

由于在制备过程和测试过程中,存在很多不确定因素,如沉积参数、薄膜表面粗糙度、周围环境因素、实验温度和载荷等,因此,摩擦学机理一直没有统一的理论。

文献中指出,金刚石薄膜的摩擦学机理大体有3种情况：(1)薄膜的表面光滑度。

金刚石薄膜的摩擦磨损性能与金刚石的晶粒尺寸大小有关,当晶粒尺寸较大、表面较粗糙时,在滑动过程中容易在摩擦副表面产生犁沟磨损以及剪切滑移现象,使得其摩擦系数增大,加剧磨损。

固结硅基聚集体金刚石磨料垫的研磨性能

第 31 卷第 6 期2023 年 3 月Vol.31 No.6Mar. 2023光学精密工程Optics and Precision Engineering固结硅基聚集体金刚石磨料垫的研磨性能盛鑫，朱永伟*，任闯，任泽，董彦辉（南京航空航天大学机电学院江苏省精密与微细制造技术重点实验室，江苏南京210016）摘要：磨粒的微破碎是影响固结磨料垫研磨性能的主要因素，结合剂的组成与强度影响其微破碎行为。

为实现高效研磨加工，探索不同组份的硅基结合剂聚集体磨粒的制备工艺及其研磨加工性能。

在840 ℃，880 ℃，920 ℃温度下采用硅含量不同的结合剂制备聚集体金刚石磨粒，观察其微观形貌，并用其制备固结磨料垫，比较其在7 kPa，14 kPa，21 kPa研磨压力下固结硅基聚集体磨料垫研磨K9玻璃的研磨性能。

结合剂中硅含量越高、烧结温度越高，结合剂填充越均匀、孔隙分布越合理，聚集体磨粒研磨加工时微破碎越明显，加工性能随之提升；在21 kPa研磨压力下，结合剂中硅含量最高、烧结温度为920 ℃制得的硅基聚集体金刚石磨料所制成的亲水性固结磨料垫研磨K9玻璃效率最高，材料去除率达到63.32 μm/min，表面粗糙度R a值为0.515 μm。

采用固结硅基聚集体金刚石磨料垫可以实现K9光学玻璃的高效研磨。

关键词：高效研磨；固结磨料垫；聚集体金刚石；硅基结合剂中图分类号：O786 文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20233106.0839Lapping performance of fixed silicon-based agglomerateddiamond abrasive padSHENG Xin，ZHU Yongwei*，REN Chuang，REN Ze，DONG Yanhui（Jiangsu Key Laboratory of Precision and Micro-manufacturing Technology， College of Mechanical and Electrical Engineering， Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， Nanjing 210016， China）* Corresponding author， E-mail： meeywzhu@Abstract： Typically， abrasive microfracture is a predominant factor affecting fixed abrasive （FA） pad per⁃formance. Moreover， the compositions and bonding strengths of the binder determine its microfracture be⁃havior.To realize a highly efficient lapping process，the preparation of silicon-based agglomerated dia⁃mond （SAD） abrasives and the effect of the binder composition on lapping performance were investigated. SAD abrasives with various silicon content binders were prepared at 840 ℃， 880 ℃， and 920 ℃， and their micromorphologies were observed using a scanning electron microscope. Lapping tests were conducted on a K9 specimen， and the lapping performance of the aforementioned FA pads at loads of 7， 14， and 21 kPa was compared. The higher the sintering temperature and silicon content of the binder， the more uniform the binder filling， the more reasonable the pore distribution， and the more evident the microbreakage dur⁃ing the SAD grinding process. Under the 21 kPa load， the material removal rate （MRR） of the FA pad with SAD abrasives possessing the highest silicon content and sintered at 920 ℃ was the highest reaching 63.32 μm/min，while the Ra was approximately 0.515 μm.Under the 7 kPa lapping load，the average 文章编号1004-924X（2023）06-0839-10收稿日期：2022-08-16；修订日期：2022-09-28.基金项目：国家自然科学基金联合基金资助项目（No.U20A20293）第 31 卷光学精密工程surface roughness of a workpiece lapped by an FA pad with SAD abrasives possessing the lowest silicon content and sintered at 920 ℃ was the lowest reaching approximately 0.182 μm， while the MRR was 7.89 μm/min. Efficient lapping of K9 optical glass can be achieved using a consolidated SAD abrasive pad. Key words： high-efficiency lapping；fixed abrasives pads；agglomerated diamond abrasives；silicon-based bind1 引言科学技术的不断发展对硬脆材料如半导体材料、光学玻璃等的平坦度、加工效率的要求越来越高［1］。

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53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84
微米sio2 微流控技术微束微机械弹性棘轮模型尺度效应小光点对准实验精度大城市区域多晶硅垂直沉积均匀性合金微精密铸造取向角发育毒性压缩性能压痕裂纹单晶动态特性力学性能制备工艺光致发光光电子学光子带隙 znal4 sm-ba-cu-o超导单畴块材 pdms mems ga2o3 cdse c/c复合材料
2008年序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
科研热词推荐指数超疏水表面 2 微米尺度 2 高磁性物质含量 1 飞秒激光 1 阿贝成像原理 1 铁电疲劳 1 远场 1 近电极区域 1 近场 1 输液管 1 表面增强拉曼散射 1 表面 1 荷叶效应 1 自由能 1 膨化结构 1 聚四氟乙烯 1 羧基 1 结构表征 1 纳米线 1 纳米带 1 纳米光子学 1 纳米传感器 1 空心球 1 稳定性 1 磁性聚合物微球 1 硅掺杂类金刚石薄膜 1 疲劳不均匀性 1 界面 1 生物应用 1 球头探针 1 流固耦合 1 水热法 1 极化反转动力学 1 材料科学 1 杉木-纳米caco3复合材料 1 数字微镜器件 1 摩擦性能 1 接触模型 1 振动 1 折射率 1 惯性约束聚变 1 微纳结构 1 微纳米尺度 1 微纳光子器件 1 微米 1 微机电系统(mems) 1 微摩擦 1 形貌调控 1 干涉光刻 1 层流 1 多孔氧化铝模板 1 复合机理 1

润滑条件下金刚石薄膜及石墨_金刚石复合薄膜的摩擦学性能_侯亚奇

第22卷第1期摩擦学学报V ol22, No1 2002年1月TRIBOLOGY Jan,2002润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的摩擦学性能侯亚奇,庄大明,张弓,刘家浚,吴敏生(清华大学机械工程系,北京100084)摘要:利用SRV摩擦磨损试验机对比考察了液体石蜡润滑时硬质合金基体上金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜对试样和磨痕表面形貌进行了观察分析,并进而探讨了磨损机理.结果表明,在润滑条件下,石墨/金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较金刚石薄膜的小,金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜的主要磨损机理均为亚微断裂磨损,而石墨膜可以有效地减轻亚微断裂磨损.关键词:金刚石薄膜;石墨/金刚石复合薄膜;摩擦学性能;磨损机理中图分类号:T H117.1 文章标识码:A文章编号:1004-0595(2002)01-0001-05金刚石薄膜以其优异的机械、光学和电子学性能而倍受研究者的关注[1,2];作为一种超硬薄膜,其摩擦学性能亦得到了广泛的研究[3~5],而其在工具刀具领域的应用则一直是人们追求的目标[6].从微观尺度而言,金刚石薄膜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,这极大地制约了其在机械领域的应用[5].近年来,人们开展了金刚石薄膜抛光[7,8]、纳米金刚石薄膜[9,10]、类金刚石薄膜[11,12]以及金刚石薄膜表面减摩涂层[13]的研究,以尝试降低金刚石薄膜的摩擦系数.将耐磨涂层和减摩涂层相结合可望获得摩擦学性能优异的改性表面.鉴于石墨具有良好的润滑和减摩性能,本文作者利用磁控溅射石墨靶在金刚石薄膜表面沉积石墨薄膜,制得了石墨/金刚石复合薄膜.采用SRV摩擦磨损试验机考察了金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜在不同载荷条件下的摩擦学性能.1 实验部分在YG6基体上分别沉积金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜,然后将2种试样用于摩擦磨损对比试验.试样尺寸均为11mm 11mm 4mm.采用HF-CVD法制备金刚石薄膜,薄膜厚度为10 m;然后通过磁控溅射在金刚石薄膜表面镀覆石墨薄膜,即得到石墨/金刚石复合薄膜试样,其石墨层厚度约为2.5 m.摩擦磨损试验在SRV高温磨损试验机上进行,试验环境为常温,润滑剂为液体石蜡.上试样为热压氧化锆陶瓷球,直径为 9.50m m.试验参数为振动频率30H z,振幅1mm,载荷80N、120N、160N和200N,试验时间30min.利用JSM-6301F型场发射扫描电子显微镜观察试样和磨痕表面形貌,利用Talysurf5-120型表面形貌仪测定试样表面粗糙度和磨痕断面形状,并计算磨痕长度,进而求出磨痕体积损失.利用SPEX -1403型拉曼光谱仪获得金刚石薄膜的拉曼散射谱,用显微硬度计和纳米硬度计测定试样的硬度,所采用载荷分别为0.1N和20mN.2 结果与讨论2.1 试样基本性能本文所用硬质合金基底由YG6硬质合金刀片经线切割得到,其主要成分为WC和Co(6.6%).基金项目:国家自然科学基金资助(59675029).收稿日期:2001-04-01;修回日期:2001-07-20/联系人侯亚奇,E-mai l:hyqgg@.作者简介:候亚奇,男,1979年生,博士研究生,目前主要从事功能薄膜材料的研究.金刚石薄膜试样的拉曼散射谱如图1所示.可以看出,在波数为1332cm -1处的峰很尖锐,说明金刚石薄膜纯度高,质量好.图2所示为金刚石薄膜试样的表面形貌SEM 照片,可见明显的块状金刚石晶粒.石墨薄膜表面形貌SEM 照片如图3所示,可见石墨薄膜主要由球形的石墨颗粒堆积而成.Fig 1 Raman spectr a of diamond film 图1金刚石薄膜拉曼散射谱图F ig 2 SEM photograph of diamond film specimen图2 金刚石薄膜表面形貌SEM照片F ig 3 SEM photograph of graphite film图3 石墨薄膜形貌SEM 照片利用显微硬度计测得所用硬质合金基底的硬度为1536HK ,用纳米硬度计测得金刚石薄膜试样的硬度为11092H V.氧化锆陶瓷球硬度为89H RA.用形貌仪测得金刚石薄膜的粗糙度R a 为0.31 m,石墨/金刚石复合薄膜的粗糙度R a 为0.35 m.2.2 摩擦磨损性能图4所示为金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜同氧化锆对摩时摩擦系数随时间的变化曲线.可以看出:在液体石蜡润滑条件下,金刚石薄膜和石墨(a)Diamond film speci m ens(b)Graphite/diamond com posite film specimensF ig 4 T he variation curv es of friction coefficient w ith timeunder differ ent loads图4 不同载荷下试样摩擦系数随时间变化曲线/金刚石复合薄膜的摩擦系数均随着载荷的增大而增大;在试验初期摩擦系数较高,随后摩擦系数逐渐降低并趋于平稳.对比图4(a 和b)可以看出,在相同的频率、振幅和载荷条件下,石墨/金刚石复合薄膜试样的稳定摩擦系数均比金刚石薄膜试样的小.图5所示为2种试样的磨损体积损失随载荷变化的关系曲线.可以看出:在润滑条件下金刚石薄膜与石墨/金刚石复合薄膜的磨损体积损失均小于2摩擦学学报第22卷Fig 5 V ariation of wear volume loss with load underparaffin o il lubrication图5 液体石蜡润滑下磨损体积随载荷变化的曲线7.50 10-4mm 3且均随载荷的增大而增大.而石墨/金刚石复合薄膜的磨损体积损失较小,说明石墨/金刚石复合薄膜中的石墨层能有效降低金刚石薄膜的磨损消耗,在载荷较小时,这种效果尤为明显.2.3 磨痕形貌观察及磨损机理分析图6给出了在液体石蜡润滑、载荷为80N 和200N 条件下金刚石薄膜试样的磨痕形貌SEM 照片,其中表面白色絮状部分经EDS 分析确认为氧化锆转移层.对比图6(a 和b)可以看出,随着载荷的增加,氧化锆向金刚石表面的转移加剧.尽管如此,在2种试样的磨痕表面并未出现金属摩擦副常见的(a)80N (b)200NFig 6SEM photogr aphs of wear tracks on diamond film specimen under different loads图6 不同载荷下金刚石薄膜试样磨痕形貌SEM 照片犁沟磨痕,而金刚石薄膜的磨损形式表现为微研磨磨损.这是由于液体石蜡在摩擦副表面间形成了边界润滑层,再加之金刚石本身硬度极高,内聚力大所致.根据摩擦副的特点和磨损表面形貌SEM 分析结果,我们认为其磨损机理为亚微断裂机制,即金刚石颗粒表面亚微米尺寸的微突体在摩擦力作用下发生断裂的机制.摩擦初始阶段薄膜表面的微突体较为尖锐,微突体之间存在互锁作用,相应的摩擦系数较高.随着亚微断裂过程的逐渐进行,微突体表面被逐渐磨平,变得圆滑、平整并不易脱落,摩擦系数则逐渐趋于稳定.另外,从磨痕表面存在转移的氧化锆可以推测还存在粘着磨损机制.对比图6(a 和b)可以看出,随着载荷的增大,金刚石表面的亚微断裂增多,其附着的氧化锆陶瓷也增多,说明载荷越大,磨损越剧烈.图7(a 和b )给出了在液体石蜡润滑、载荷分别为80N 和200N 条件下石墨/金刚石复合薄膜试样的磨痕形貌SEM 照片.由于在氧化锆陶瓷与薄膜试样接触表面之间形成了边界润滑膜,同时石墨起了固体润滑作用,相应的磨损相对减轻.在石墨/金刚石复合薄膜试样中,金刚石晶粒主要呈圆滑的球形或近球形,在金刚石晶粒间则存在黑色的石墨粉末.因金刚石与氧化锆陶瓷均为脆性材料,在边界润滑和固体润滑的共同作用下,其主要磨损形式为微突体之间的微研磨磨损,其磨损机理也为亚微断裂机制.对比图7(a 和b)可以看出,载荷越小,金刚石晶粒间石墨粉末越多,固体润滑作用越强.随着载荷的增大,石墨的损耗加剧,金刚石晶粒间的石墨粉末逐渐减少,固体润滑作用减弱;同时白色的氧化锆陶瓷增多.此时,金刚石表面的亚微断裂和粘着作用加剧,因此随着载荷的增大磨损体积损失和摩擦系数逐渐增大.对比图6和图7可以看出,石墨/金刚石复合薄膜中的金刚石晶粒较为圆滑,磨痕表面存3第1期侯亚奇等: 润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的摩擦学性能在明显的微细石墨颗粒.而金刚石薄膜中的金刚石晶粒棱角较为清晰,存在一定的晶粒剥落现象.这同第2.2节中薄膜材料相应的摩擦系数和磨损体积损失相对应.(a)80N (b)200NF ig 7 SEM photographs of wear tracks on gr aphite/diamond co mposite film at different lo ads图7 不同载荷下石墨/金刚石复合薄膜磨痕形貌SEM 照片3 结论a. 在液体石蜡润滑条件下,金刚石薄膜和石墨/金刚石复合薄膜的摩擦系数随载荷的增大而增大.在相同试验条件下,石墨/金刚石复合薄膜的摩擦系数和磨损体积损失均较小.b. 在液体石蜡润滑条件下,金刚石薄膜与石墨/金刚石复合薄膜的磨损机理主要为亚微断裂机制及粘着磨损.载荷越大,亚微断裂与粘着磨损越严重,摩擦系数和磨损体积损失也越大.复合薄膜中的石墨膜可以有效地减轻亚微断裂和粘着磨损.参考文献:[1]Robert F Davis.Diamond Films an d Coatings [M ].New Jersey:Noyes Publication.1993:147-150.[2]Tsai Hsiao-chu,Bogy D B.Characterization of diamondlike car -bon films and their application as overcoats on thin-films media for magnetic recording [J].J Vac Sci Technol A,1987,5(8):3287-3310.[3]Jahanmir S,Deckman D E,Ives L K,et al.Tribological charac -teristics of synthesized diamond films on silicon carbide [J].W ear,1989,133:73-81.[4]H ayward I P,S i nger I L,Sei tzman L E.Effects of roughness onthe friction of diamond on CVD diamond coatings [J ].W ear,1992,137:215-227.[5]Gardos M N,Soriano B L.The effect of environm ent on the tri bo -logical properties of polycrystalline diamond films [J].J M ater Res1990,5(11):2599-2609.[6]Faure C,Hann i W,Julia S chmutz C,et al.Diamond-coated tools[J].Diamond and Related M aterial s,1999,8:830-833.[7]M alshe A P,Park B S ,Brow n W D,et al.A review of techniquesfor polishing and planarizing chemically vapor -deposited (CVD)di amond films and substrates [J].Diamond and Related M aterials,1999,8(7):1198.[8]Zaitsev A M ,Kosaca G,Richarz B,et al.Thermochem i cal poli sh -i ng of CVD diamond films [J].Diamond and Related M aterials,1998,7(8):1108-1117.[9]C how L,Zhou D,Hussain A,e t al .Chemical vapor deposition ofnovel carbon materi als [J].Thin Solid Fi lms,2000,368:193-197.[10]Esteve J,Polo M C,Sanchez G.Diamon d and diamond-li k e car -bon films [J].Vacuum,1999,52:133-139.[11]Zhu Hong(朱宏),Li u Xianghuai(柳襄怀),Ren Congxi n (任琮欣),et al.T ribologi cal Properties of Diamond Like Carbon Fil m Prepared by Low Energy Ion Beam Assisted Depositi on with a S i n -gle Ion S ource(单源低能离子束辅助沉积类金刚石薄膜摩擦性能的研究)[J].Tribology(摩擦学学报),1995,15(2):118.[12]Ch en Jingsheng(陈景升),Wang Xuejun(王学军),Zheng Zhihao(郑志豪),et al.Study of Structure and T ribological Properties of Diamond Like Carbon S ynthesized from Polymer(聚合物热解合成类金刚石薄膜的结构及摩擦学性能研究)[J ].Tribology(摩擦学学报),1998,18(3):193.[13]Endler I,Bartsch K,Leonhardt A,et al.Preparation an d w earbehaviour of w oodw ork i ng tools coated w ith superhard layers [J ].Diamond and Related M aterials,1999,8(2-5):834-839.4摩擦学学报第22卷Tribological Performance of Diamond Film and Graphite/DiamondComposite Film under Paraffin Oil LubricationHOU Ya-qi,ZHUANG Da-ming,ZHANG Gong,LIU Jia-jun,WU M in-sheng(Dep ar tment of Mechanical Engineering ,T singhua U niver sity ,Beij ing 100084,China)Abstract:The tribolog ical performance of diamond film and graphite/diamond composite film under paraffin oil lubrication w as compared on an SRV friction and w ear test rig.The surface morphologies of the films and w ear tracks were observed with a scanning electron microscope.T he w ear volume losses of the film specimens w ere determined w ith a profilometer.The w ear mechanisms of the films are discussed as w ell.The results show that w ith paraffin oil lubrication the friction coefficient and w ear volume loss of graphite/diamond composite film are low er than those of the diamond film.Both the diamond film and graphite/diamond composite films are charac -terized by sub-micro-fracture and adhesion w ear in sliding ag ainst the ceramic counterpart under the lubrica -tion of liquid paraffin.Key words:diamond film ;graphite/diamond composite film;tribolog ical performance;w ear mechanism Auther:HOU Yaqi,male,born in 1979,Ph. D.,E-mail:hyqgg @.5第1期侯亚奇等: 润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的摩擦学性能。

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