本文關鍵詞：粒子入射角變化條件下類金剛石碳膜的制備及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文利用中頻磁控濺射技術以純石墨靶/純石墨靶甲烷為碳源在單晶硅基底上制備了不含氫/含氫類金剛石碳膜(hydrogen-free/hydrogenated amorphous carbon,a-C/a-C:H),考察了粒子入射角度以及粒子掠入射周期(基底轉動速度)對薄膜表面形貌、微觀結構、力學和摩擦學性能的影響,主要研究內(nèi)容如下:1.研究了粒子入射角度對a-C薄膜表面形貌、微觀結構及性能的影響。結果表明,隨著粒子入射角度的增加,薄膜沉積速率呈現(xiàn)近余弦規(guī)律的減小趨勢,表面均方根粗糙度經(jīng)歷緩慢增大和急劇增大兩個階段。XPS和Raman分析結果顯示:隨著粒子入射角度的增加薄膜中sp3/sp2比率減小。薄膜的硬度隨著粒子入射角度的增加逐漸減小;薄膜內(nèi)應力隨粒子入射角度的增加出現(xiàn)壓應力向拉應力的轉變,壓-拉應力轉換點介于30°到45°之間,且應力值先減小后增大。隨粒子入射角度的增加,薄膜摩擦系數(shù)增大,耐磨性變差。2.研究了粒子入射角度對a-C:H薄膜表面形貌、微觀結構及性能的影響。結果表明,隨著粒子入射角度的增加,沉積速率先增大后減小,15°時薄膜沉積速率最高,為10.24 nm/min;薄膜表面陰影效應加劇,表面均方根粗糙度逐漸增大。Raman和XPS分析結果顯示,隨著粒子入射角度的增加,薄膜sp3/sp2比率在0.86-1.22之間呈現(xiàn)先增加后減小再增加的變化趨勢。與a-C薄膜相類似,薄膜內(nèi)應力隨粒子入射角度的增加同樣出現(xiàn)壓應力向拉應力的轉變。粒子入射角度為30°時制備的薄膜內(nèi)應力低而硬度最大,分別為-0.037 Gpa和14.22 Gpa。因此,可以通過合理控制粒子入射角度來制備超低應力的薄膜。3.研究了基底轉動速度對a-C和a-C:H薄膜表面形貌、微觀結構及性能的影響。結果表明,基底轉動導致薄膜生長模式從基底固定時的連續(xù)生長轉變?yōu)樵?分子)層生長。對于a-C薄膜,基底轉動條件下生長速率約為基底固定時的1/3,且隨著基底轉速的增加逐漸減小;3 r/min時沉積薄膜表面均勻光滑,此后隨著轉動速度的增大薄膜表面粗糙增大;隨著基底轉動速度的增加,薄膜sp3/sp2比率呈近似線性減小趨勢,硬度逐漸減小,耐磨性變差。而對于a-C:H薄膜,基底轉動條件下生長速率約為基底固定時的1/2;表面粗糙度隨基底轉動速的變化規(guī)律與a-C薄膜剛好相反,在3 r/min時表面粗糙度最大,為0.58 nm�；邹D動條件下制備的薄膜均具有相對較高的硬度和楊氏模量,摩擦系數(shù)較為穩(wěn)定。
【關鍵詞】：類金剛石碳膜 粒子入射角 表面形貌 力學性能 摩擦學性能
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 非晶碳膜的結構和分類10-12
• 1.2 類金剛石薄膜的生長模型12-13
• 1.3 類金剛石碳膜的制備13-15
• 1.3.1 物理氣相沉積(PVD)14
• 1.3.2 化學氣相沉積(CVD)14
• 1.3.3 液相沉積技術14-15
• 1.4 非晶碳膜的表征15-17
• 1.4.1 形貌分析15
• 1.4.2 結構分析15-17
• 1.5 類金剛石碳膜的應用17-18
• 1.6 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.7 本文的選題依據(jù)和研究內(nèi)容20-22
• 1.7.1 選題依據(jù)20-21
• 1.7.2 主要研究內(nèi)容21-22
• 第二章 粒子入射角度對a-C薄膜表面形貌、微結構及性能影響的研究22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 實驗部分22-23
• 2.2.1 實驗裝置22
• 2.2.2 薄膜的制備22-23
• 2.3 薄膜的表征23-24
• 2.4 結果與討論24-36
• 2.4.1 沉積速率24-25
• 2.4.2 形貌分析25-28
• 2.4.2.1 SEM分析25-26
• 2.4.2.2 AFM分析26-28
• 2.4.3 XPS分析28-30
• 2.4.4 Raman光譜30-32
• 2.4.5 粒子入射角度對a-C薄膜性能的影響32-36
• 2.4.5.1 力學性能32-35
• 2.4.5.2 摩擦學性能35-36
• 2.5 本章小結36-37
• 第三章 粒子入射角度對a-C:H薄膜表面形貌、微結構及性能影響的研究37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 薄膜的制備與表征37
• 3.3 結果與討論37-46
• 3.3.1 沉積速率37-39
• 3.3.2 AFM分析39-40
• 3.3.3 XPS分析40-42
• 3.3.4 Raman光譜42-43
• 3.3.5 粒子入射角度對a-C:H薄膜性能的影響43-46
• 3.3.5.1 力學性能43-44
• 3.3.5.2 摩擦學性能44-46
• 3.4 本章小結46-47
• 第四章 基底轉動速度對a-C薄膜表面形貌、微結構及性能影響的研究47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 薄膜的制備47-48
• 4.3 薄膜的表征48
• 4.4 結果與討論48-55
• 4.4.1 沉積速率48-49
• 4.4.2 AFM分析49-51
• 4.4.3 XPS分析51-52
• 4.4.4 Raman光譜52-53
• 4.4.5 基底轉動速度對a-C薄膜性能的影響53-55
• 4.5 本章小結55-56
• 第五章 基底轉動速度對a-C:H碳膜表面形貌、微結構及性能影響的研究56-65
• 5.1 引言56
• 5.2 薄膜的制備與表征56
• 5.3 結果與討論56-63
• 5.3.1 沉積速率56-57
• 5.3.2 AFM分析57-59
• 5.3.3 XPS分析59-60
• 5.3.4 Raman光譜60-61
• 5.3.5 基底轉動速度對a-C:H薄膜性能的影響61-63
• 5.4 本章小結63-65
• 結論65-67
• 1.主要結論65-66
• 2.本文的創(chuàng)新之處66-67
• 參考文獻67-75
• 致謝75-76
• 附錄A 攻讀碩士學位期間所發(fā)表的學術論文目錄76

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 江功武,于翔,王成彪;類金剛石碳膜的研究進展[J];金屬熱處理;2003年11期

2 聞荻江,沈風雷,王紅衛(wèi);鈦合金表面液相電解類金剛石碳膜的摩擦磨損性能[J];摩擦學學報;2005年03期

3 藺增;巴德純;楊乃恒;;等離子體化學氣相沉積類金剛石碳膜的特性及應用[J];真空;2006年03期

4 劉洪喜;蔣業(yè)華;周榮;湯寶寅;;全方位離子注入與沉積類金剛石碳膜的結構與性能[J];材料熱處理學報;2010年02期

5 SUNG Chia-chi;FUH Yiin-kuen;LO Chih-hung;;高功率等離子磁控濺射法制備含鈦類金剛石碳膜(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年06期

6 陳平;;類金剛石碳膜的表征[J];材料導報;1988年18期

7 宋權;類金剛石碳膜及其在儀表元件上的應用[J];合肥工業(yè)大學學報(自然科學版);1990年02期

8 匡同春,劉正義;類金剛石碳膜的復合硬度與本征硬度的研究[J];理化檢驗(物理分冊);1998年02期

9 李明;藺增;巴德純;張海鳴;;不銹鋼基體預處理對合成類金剛石碳膜的影響[J];真空;2006年05期

10 楊偉毅,龔文憲;類金剛石碳膜的微結構與光學特性[J];南京理工大學學報(自然科學版);1992年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 藺增;巴德純;楊乃恒;;等離子體化學氣相沉積類金剛石碳膜的特性及應用[A];2005'全國真空冶金與表面工程學術會議論文集[C];2005年

2 張保軍;孫濱如;邱國洪;;直流輝光放電法制備類金剛石碳膜[A];首屆中國功能材料及其應用學術會議論文集[C];1992年

3 關磊;;類金剛石碳膜的制備與應用[A];中國化學會第28屆學術年會第8分會場摘要集[C];2012年

4 徐建忠;張風山;;類金剛石碳膜的紅外光學性質[A];首屆中國功能材料及其應用學術會議論文集[C];1992年

5 藺增;巴德純;張沖;;在模具鋼上沉積類金剛石碳膜提高膜基結合力的界面研究[A];中國真空學會2006年學術會議論文摘要集[C];2006年

6 賀小明;李文治;及開元;李恒德;;雙離子束增強沉積類金剛石碳膜的摩擦磨損性能的研究[A];第二屆全國青年摩擦學學術會議論文專輯[C];1993年

7 楚信譜;茍偉;李國卿;柳翠;;射頻輝光放電自偏壓對類金剛石碳膜結構和性能的影響[A];全國薄膜技術學術研討會論文集[C];2006年

8 陳友明;楊生榮;張俊彥;;在空氣和真空條件下不同金屬對偶對類金剛石碳膜摩擦磨損性能的影響[A];2009年全國青年摩擦學學術會議論文集[C];2009年

9 柳翠;李國卿;牟宗信;張成武;關秉羽;;Ti摻雜類金剛石碳膜的結構與性能的研究[A];TFC’03全國薄膜技術學術研討會論文摘要集[C];2003年

10 吉利;李紅軒;趙飛;陳建敏;周惠娣;;不銹鋼基體上制備超潤滑類金剛石碳膜[A];TFC'07全國薄膜技術學術研討會論文摘要集[C];2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 柳翠;類金剛石碳膜制備工藝及摻雜性能研究[D];大連理工大學;2006年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 曾丹;感光鼓沉積類金剛石碳膜的制備工藝研究[D];山東大學;2015年

2 王玉寶;粒子入射角變化條件下類金剛石碳膜的制備及性能研究[D];蘭州理工大學;2016年

3 李敬財;真空陰極電弧及等離子體化學氣相法沉積類金剛石碳膜的研究[D];廣東工業(yè)大學;2004年

4 商孟香;類金剛石碳膜材料的制備及其應用的初步研究[D];吉林大學;2008年

5 張賀勇;非氫類金剛石和非氫摻Si類金剛石碳膜的制備及性能研究[D];華南理工大學;2011年

6 王亞軍;中頻等離子體氣相沉積類金剛石碳膜及其摩擦性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

7 劉興華;高光潔度類金剛石碳膜的制備與性能研究[D];重慶大學;2008年

8 趙亮亮;化學修飾類金剛石碳膜電極的結構與功能[D];長春工業(yè)大學;2014年

9 張艷;rf PECVD法在不銹鋼表面沉積類金剛石碳膜的性能研究[D];東北大學;2006年

10 寧振武;非碳化物金屬摻雜改善類金剛石碳膜韌性[D];中國地質大學（北京）;2014年

  本文關鍵詞：粒子入射角變化條件下類金剛石碳膜的制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：360774