碳基薄膜的制備及摩擦特性的研究.pdf

1、本文首先采用雙離子束濺射沉積系統(tǒng)(DIBSD)制備DLC、CNx和BCN薄膜，研究此系統(tǒng)的工藝條件對(duì)DLC、CNx和BCN薄膜的結(jié)構(gòu)和性能的影響。對(duì)于制備DLC薄膜，采用雙惰性氣體IBSD薄膜方式，改變輔源離子束能量，沉積不同參數(shù)下的DLC薄膜；對(duì)于CNx和BCN薄膜，分別采用雙離子束反應(yīng)濺射沉積DIBRSD薄膜方式和雙離子束反應(yīng)合成方式，通過改變輔源離子束能量和反應(yīng)氣體的混合比，制備了多參數(shù)下的薄膜。運(yùn)用拉曼光譜(Raman)、傅立葉

2、紅外光譜(FTIR)和X射線能譜(XPS)分析了膜層的成分組成和鍵組成；用納米壓痕儀分別測(cè)試了不同工藝參數(shù)下制備的DLC、CNx和BCN薄膜的納米硬度；在微摩擦磨損實(shí)驗(yàn)機(jī)上實(shí)現(xiàn)了三種薄膜/氮化硅球在干摩擦下的摩擦磨損實(shí)驗(yàn)；用非接觸式表面三維形貌儀觀察了膜層磨痕三維形貌及截面形貌，測(cè)量了膜層磨痕的磨損體積，以磨損體積的測(cè)量值計(jì)算膜層的磨損率，并把磨損率作為評(píng)估膜層抗磨性能的一個(gè)指標(biāo)；最后用光學(xué)顯微鏡觀察了膜層磨痕的表面微觀形貌。

3、實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:DLC薄膜的拉曼峰幅隨著輔源離子束能量的增加而降低，薄膜顯微硬度和彈性模量也隨著輔源離子束能量的增加而降低，薄膜最高納米硬度達(dá)19.6GPa,在干摩擦條件下，DLC薄膜的摩擦因數(shù)和磨損率都隨著輔源離子束能量的先降后增。CNx薄膜的結(jié)構(gòu)主要由N-C(sp2)、N-C(sp3)和C-C這幾個(gè)鍵組成，其顯微硬度隨輔源離子束能量的增加而降低，薄膜最高納米硬度達(dá)22.6GPa。在干摩擦條件下，CNx薄膜的摩擦因數(shù)和磨損率都隨著輔源離

4、子束能量的先增后降。BCN薄膜的結(jié)構(gòu)主要由N-C、N-B和B-C這幾個(gè)鍵組成，其顯微硬度隨輔源離子束能量的增加而降低，薄膜最高硬度達(dá)20.1GPa。在干摩擦條件下，薄膜的摩擦因數(shù)在輔源氣份為N2:Ar=1:3時(shí)較高，而在N2:Ar=1:1時(shí)摩擦因數(shù)較低，而磨損率隨著輔源離子束能量的增加而降低,并且其摩擦因數(shù)最低達(dá)到0.015。在干摩擦條件下，薄膜摩擦因數(shù)和磨損率隨著在法向載荷的增加而增大，而隨著微動(dòng)往復(fù)頻率的增加而減小。在輔源離子束能量