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聚碳酸酯(PC)上沉积类金刚石膜的性能研究

王凤  
【摘要】:本课题采用射频等离子体增强化学气相沉积法和射频磁控溅射两种沉积方法在聚碳酸酯(PC)片上沉积类金刚石碳膜(DLC)。利用X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)和X射线光电子能谱(XPS)研究了不同条件下制备的DLC膜的结构;利用扫描电子显微镜(SEM)研究了DLC膜的表面形貌;并通过表面粗糙度仪、摩擦磨损试验机和纳米压痕仪表征了DLC薄膜的机械性能;利用紫外-可见光分光光度计对沉积类金刚石碳膜的光学性能进行了详细的研究。 XRD检测结果显示,利用本课题两种沉积方法在PC片上沉积的薄膜为非晶态。Raman、XPS测试表明,沉积薄膜符合类金刚石特征,为DLC薄膜;由分析数据可知,实验参数不同,DLC膜的成分结构及性质都有所变化,并且磁控溅射方法由于本底真空度高,C源为高纯石墨,薄膜制备过程中引入杂质途径少,比化学气相沉积方法制备的DLC薄膜纯度高。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。 通过薄膜机械性能表征可知,利用两种方法沉积DLC膜以后的PC片的摩擦系数、抗磨损性能和硬度性能均比原基底材料有明显改善。通过耐腐蚀性试验可知,制备的DLC在酸、碱、盐及有机溶液中具有良好的耐腐蚀和化学惰性。 通过UV-VIS分光光度计对所沉积的类金刚石膜的透过率分析发现,类金刚石碳膜和PC材料本身对紫外光区的透射率极低,近乎完全吸收;而在可见光区DLC具有良好的透过率,可见光透射率均在80%以上,对基底材料可见光区光学性能的影响不明显,能够满足镜片和显示屏用PC材料光学性能的要求。 通过对不同过渡层的研究,本文发现增加一定的过渡层对于沉积质量较好的薄膜十分有利。利用本文的两种沉积方法在增加过渡层的基底材料上沉积的DLC均比直接在PC上沉积的DLC的sp3含量高,硬度高,摩擦系数小,耐磨性好,即增加过渡层后,减小了薄膜内应力,增加了膜基结合力,明显提高了成膜质量。多项数据表明,在PC基底上增加Si过渡层比SiOx过渡层对形成高质量的DLC薄膜更加有利。 此外,本文还总结了两种沉积方法制备的DLC膜在不同参数(如:入射功率,气体流量和过渡层等)条件下,薄膜微观结构、机械性能和可见光透过率等随工艺参数的变化规律。


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