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《中南大学》 2004年
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物理气相沉积DLC和TiN系列超硬膜的研究

郭武超  
【摘要】:本文首先对类金刚石膜和TiN系列超硬膜两种多功能涂层的性能,制备及检测手段进行了综合性的描述。在此基础上,采用直流磁控溅射在多晶硅表面沉积了类金刚石的C膜,通过改变沉积基体的温度,溅射功率,沉积气压等实验参数,使得到的C膜呈现出不同的表面形貌;采用多弧离子镀,通过改变沉积的气氛,不同靶材之间的转换的方法,在不锈钢表面分别沉积了TiN/TiAlN/TiN,TiN/TiAlN,TiN/TiNC三种多层膜。利用原子力显微镜(AFM),X射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM),显微硬度测量仪以及拉伸试验对膜的组织、结构、性能进行了性能检测分析,得到以下结果: 1.工艺参数对直流磁控溅射沉积DLC的表面形貌有明显影响。(1)基体温度越高,DLC膜的表面粗糙度越大,原因是温度的升高增加了C原子表面扩散的能力,表面扩散趋向于生成含高sp~2键结构更接近热力学更加稳定的石墨结构。石墨结构越多,表面越粗糙;(2)溅射功率升高,表面粗糙度降低,原因是当植入离子的能量大于原子的剥离能时,使进入亚表面的C原子增多,表面扩散不易进行,能量波耗散在内部相对大的体积内,同时增加了溅射消移的效果,表面光滑,反之,如果植入的能量达不到一定数值,将主要进行表面扩散,粗糙度增加;(3)沉积气压升高,表面粗糙度增加,这与沉积气压升高增加了入射粒子的碰撞,从而降低了粒子的入射能量有关。 2.TiN/TiAlN/TiN,TiN/TiAlN,TiN/TiNC三种多层膜体系都形成了强烈的(111)面织构。TiN/TiAlN/TiN有最高的硬度,TiN/TiAlN次之,TiN/TiNC最低。这个结果符合E.Bemporad等人提出的模型。对于硬膜软基体体系,表面超硬层对整体的宏观力学性能(抗拉强度和延伸率)没有影响。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB43

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