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rf PECVD法在不锈钢表面沉积类金刚石碳膜的性能研究

作　者: 张艳
导　师: 巴德纯
学　校: 东北大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 类金刚石碳膜 rf PECVD 过渡层硬度摩擦磨损
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 216次
引　用: 2次
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内容摘要

本论文探讨了利用射频等离子体增强化学气相沉积（rf PECVD）技术以CH₄、H₂为气源，Ar为稀释气体，在不锈钢、玻璃等基底上制备大面积类金刚石碳膜（Diamond-like Carbon，简称DLC）。并对所制备的DLC碳膜采用拉曼光谱（Raman）、X射线光电子能谱（XPS）、傅立叶红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）等研究手段对样品的形貌和结构进行表征；利用纳米显微硬度计和摩擦磨损试验机对DLC碳膜的机械和摩擦学特性进行了研究，得到了摩擦性能随沉积参数和实验条件的变化规律，对DLC碳膜的自润滑机制和磨损机理进行了探索。研究结果表明，采用射频等离子体增强化学气相沉积方法，可以在不锈钢表面沉积一定厚度的DLC碳膜，但是由于薄膜与基材之间存在较大的内应力，薄膜牢度较小，易剥落，且不耐磨。我们用旋转磁控电弧离子镀技术，在不锈钢金属表面先制备了Ti／TiC、Ti／TiN等中间过渡层，然后再用射频等离子体化学气相沉积（rf PEVCD）方法在过渡层上制备了DLC薄膜，发现所制备的DLC碳膜的附着牢度、摩擦性能、硬度均有很大提高。 SEM分析发现薄膜由均匀的颗粒组成，薄膜与基体结合良好，没有出现开裂、分离的情况。拉曼光谱（Raman）、x射线光电子能谱（XPS）、纳米压痕仪测试表明，实验参数不同，DLC膜的成分结构及性质都有所变化，含sp³杂化较多的DLC膜的硬度比较大。样片在H₂SO₄、HCl、HNO₃、KCl、KOH、丙酮、乙醇等酸、碱、盐及有机溶液中长时间浸泡，未发现有腐蚀斑或脱膜现象，表明类金刚石薄膜具有较好的表面致密性和良好的化学惰性。

全文目录

独创性声明  3
学位论文版权使用授权书  3-4
中文摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-20
  1.1 DLC膜概述  8
  1.2 类金刚石膜(DLC)的结构和分类  8-10
  1.3 DLC的性质及应用  10-15
    1.3.1 DLC的性质  10-13
    1.3.2 DLC的应用  13-15
  1.4 DLC薄膜的制备技术  15-17
    1.4.1 物理气相沉积(Physicalvapourdeposition,PVD)  15-16
    1.4.2 化学气相沉积(Chemicalvapourdeposition,CVD)  16-17
  1.5 类金刚石碳膜改性  17-18
  1.6 选题依据  18-20
第二章 RF-PECVD法制备类金刚石薄膜材料  20-32
  2.1 RF-PECVD技术概述  20-21
  2.2 RF-PECVD技术的原理  21-25
  2.3 RF-PECVD技术的特点  25
  2.4 实验设备  25-27
  2.5 实验材料  27
  2.6 过渡层的制备  27-28
  2.7 实验前处理  28
  2.8 rfPECVD法制备类金刚石薄膜  28-30
  2.9 工艺参数的选择  30-31
  2.10 本章小结  31-32
第三章类金刚石薄膜的表征  32-43
  3.1 结构分析  32-40
    3.1.1 沉积膜的Raman谱表征  32-35
      3.1.1.1 Raman光谱原理  32-33
      3.1.1.2 实验结果与讨论Raman  33-35
    3.1.2 X射线光电子能谱(XPS)  35-39
    3.1.3 傅立叶变换红外透射光谱分析(FT-IR)  39-40
  3.2 类金刚石薄膜的表面形貌分析  40-41
  3.3 本章小结  41-43
第四章 DLC膜的机械性能及摩擦学特性  43-61
  4.1 硬度分析  43-48
    4.1.1 纳米硬度测试的基本原理  43-45
    4.1.2 实验结果与讨论  45-48
  4.2 摩擦和磨损结果分析  48-59
    4.2.1 摩擦系数分析  48-56
      4.2.1.1 不同基底对摩擦系数的影响  48-50
      4.2.1.2 不同入射功率对摩擦系数的影响  50-52
      4.2.1.3 不同CH4、H2流量对摩擦系数的影响  52-54
      4.2.1.4 不同载荷对摩擦系数的影响  54-55
      4.2.1.5 不同磨损时间对摩擦系数的影响  55-56
    4.2.2 磨损结果分析  56
    4.2.3 影响摩擦磨损的其它因素  56-57
    4.2.4 DLC薄膜的摩擦学机理研究  57-59
  4.3 结合力分析  59
  4.4 耐腐蚀性能测试  59
  4.5 本章小结  59-61
第五章结论  61-63
参考文献  63-70
致谢  70-71
硕士期间发表论文情况  71

rf PECVD法在不锈钢表面沉积类金刚石碳膜的性能研究

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