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《中国地质大学(北京)》 2012年
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热丝化学气相沉积金刚石膜的制备及其摩擦学性能研究

马磊  
【摘要】:金刚石膜具有最高的硬度、最高的热传导率、高耐磨性、较低的摩擦系数以及良好的化学稳定性等性质,是一种高品质的摩擦学涂层材料。但是由于金刚石膜与硬质合金基体间的结合力比较差,涂层工具在使用过程中薄膜容易脱落,引起早期失效,因此提高金刚石膜的结合力成为提高金刚石涂层硬质合金刀具质量的关键因素。本论文以采用热丝化学气相沉积(HF-CVD)制备结合力良好的金刚石膜为出发点,以复合过渡层技术为主导,利用在线HF-CVD技术制备了SiC过渡层的金刚石膜、利用复合沉积技术制备了Ti基复合过渡层的金刚石膜,系统研究了复合过渡层的制备工艺、成分、结构与膜基结合力的关联性,研究了金刚石膜的微观结构、力学和摩擦学性能,结果表明: (1)利用在线HF-CVD制备了SiC梯度过渡层的金刚石膜。在金刚石膜和基体之间有一层大约7μm厚度的SiC过渡层,SiC过渡层有效降低了基体与金刚石膜间因晶格失配合和热膨胀系数差异的所带来的内应力。金刚石膜的结构致密,在生长方向上具有典型的柱状晶的特征,厚度达到153μm。拉曼光谱显示金刚石膜主要由结晶良好的金刚石晶粒组成,石墨相的含量极微并且残余的压应力非常的小(~0.397GPa)。金刚石膜在干摩擦条件下的摩擦系数大约是0.134,同时,在油润滑条件下,金刚石膜的摩擦系数极低(~0.0413);在干摩擦条件下,金刚石膜磨损机制主要为微断裂和磨平。 (2)通过利用多功能离子注入设备和HF-CVD的方法成功制备了结合力较好的金刚石膜。仅经过酸蚀处理的样品(D_1),离子注入处理的样品(D_2)和注入加过渡层处理的样品(D_3)都能够有效的去除硬质合金表面的钴元素。样品D_1没有能够得到连续的金刚石膜,沉积得到的大部分是石墨。样品D_2和D_3得到了连续的金刚石膜,膜结构致密,拉曼光谱显示其主要成分为金刚石。样品D_2和样品D_3的残余内应力分别为4.42GPa和1.36GPa。两组薄膜材料的摩擦系数曲线变化趋势相近,样品D_2和D_3的在干摩擦条件下平均摩擦系数分别为0.15和0.17。 (3)揭示了导致金刚石膜与硬质合金基体间的结合力差的原因,阐述并比较了改善结合力的方法,发现利用载能离子制备复合梯度过渡层是提高膜基间结合力的有效途径。
【学位授予单位】:中国地质大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.2

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
1 李惠琪,钟国仿,吕反修,杨让;DC PJ-CVD等离子体炬通道中的电弧行为[J];北京科技大学学报;1994年06期
2 李成明,王建明,徐重,吕反修,王建军;准分子激光预处理对硬质合金表面沉积金刚石薄膜结合强度的影响[J];金属学报;1996年09期
3 侯亚奇,庄大明,张弓,刘家浚,吴敏生;润滑条件下金刚石薄膜及石墨/金刚石复合薄膜的摩擦学性能[J];摩擦学学报;2002年01期
4 吕反修;超硬材料薄膜涂层研究进展及应用[J];热处理;2004年04期
5 薛宏国;孙方宏;马玉平;陈明;;高性能超细晶粒金刚石涂层刀具制备及试验研究[J];人工晶体学报;2006年06期
6 熊军;汪建华;王传新;邢文娟;谢鹏;皮华滨;吴斌;;热丝CVD法制备大面积金刚石厚膜[J];武汉工程大学学报;2008年01期
7 李敬财,何玉定,胡社军,黄拿灿;类金刚石薄膜的应用[J];新材料产业;2004年03期
8 马国欣;向鹏;邱胜宝;邬纪泽;;CVD金刚石(膜)制备技术及应用进展[J];真空电子技术;2009年05期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 陈新春;多层碳基硬质固体润滑薄膜研究[D];中国地质大学(北京);2011年
【共引文献】
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1 常同钦;;类金刚石膜的物理特性及应用[J];表面技术;2006年05期
2 张碧云;曲燕青;谢红梅;聂朝胤;;类金刚石膜的制备技术及应用领域概况[J];表面技术;2007年03期
3 刘炯;胡东平;薛屺;唐安俊;邬柯;;CVD金刚石薄膜与硬质合金基体之间过渡层技术[J];表面技术;2007年05期
4 蒋渝,刘明,杨彦明,管登高,陈家钊,涂铭旌;等离子弧流溅射法制备纳米镍粉中的氢作用机制[J];稀有金属材料与工程;2005年03期
5 安孝玲;刘利国;;硬质合金刀具类金刚石涂层的摩擦磨损性能[J];电镀与涂饰;2009年06期
6 蒋渝,赖庆贵,杨彦明,管登高,陈家钊,涂铭旌;纳米镍粉制备中影响产率的关键因素[J];电子元件与材料;2004年01期
7 孙心瑗;周灵平;李宇农;余晓光;;热丝CVD法沉积金刚石薄膜用灯丝研究现状及改进[J];粉末冶金工业;2005年06期
8 赵志岩;邓福铭;卢学军;徐国军;;CVD金刚石刀具的研究进展与应用现状[J];工具技术;2010年02期
9 付一良,吕反修,王建军,钟国仿,王亮,杨让;稀土金属抛光金刚石膜技术[J];高技术通讯;1996年01期
10 葛柏青;段来根;郎荣兴;;模具钢表面连续激光沉积TiN类薄膜的研究[J];热处理技术与装备;2007年01期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 杨雪;程勇;郭延龙;王会升;王淑云;朱孟真;米朝伟;;脉冲激光沉积大面积均匀类金刚石膜新技术研究[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
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1 许荔;涂层复合材料力学性能研究及界面强度有限元分析[D];西南交通大学;2010年
2 谢东;超高分子量聚乙烯的表面改性及其耐磨性能研究[D];西南交通大学;2011年
3 杨仕娥;硬质合金刀具基体上金刚石涂层的制备及其附着性能的研究[D];郑州大学;2002年
4 刘沙;硬质合金基体表面预处理及其金刚石涂层的研究[D];中南大学;2003年
5 蒋渝;纳米金属粉体材料的氢等离子体制备机理及其润滑减摩特性研究[D];四川大学;2004年
6 白秀琴;低温气相沉积薄膜及其摩擦学性能研究[D];机械科学研究总院;2006年
7 刘建华;ZrN涂层刀具的设计开发及其切削性能研究[D];山东大学;2007年
8 程长征;涂层结构和V形切口界面强度的边界元法分析研究[D];合肥工业大学;2007年
9 李红涛;介观尺度材料力学性能建模及微铣削工艺优化研究[D];上海交通大学;2008年
10 莫继良;物理气相沉积(PVD)涂层的摩擦学行为研究[D];西南交通大学;2008年
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1 陈新春;多层碳基硬质固体润滑薄膜研究[D];中国地质大学(北京);2011年
2 郭清秀;磁控溅射法制备立方氮化硼薄膜及原位掺硫研究[D];北京工业大学;2011年
3 马明;钯掺杂非晶碳膜/二氧化硅/硅异质结的制备及其光电特性的研究[D];中国石油大学;2011年
4 王文君;钛基硼掺杂金刚石薄膜电极制备与研究[D];武汉工程大学;2011年
5 翁俊;新型MPCVD装置制备大面积金刚石膜的研究[D];武汉工程大学;2011年
6 陈银凤;类金刚石薄膜强激光作用的特性研究[D];西安工业大学;2012年
7 肖虎;微切削预测模型及模拟仿真研究[D];中北大学;2012年
8 吴健;硬质合金表面改性及其沉积金刚石膜的研究[D];广东工业大学;2002年
9 杨莉;硬质合金/金刚石薄膜的制备和附着性能的研究[D];中南大学;2004年
10 孙心瑗;热丝化学气相沉积金刚石膜的研究[D];湖南大学;2004年
【二级参考文献】
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1 黄桂芳,周灵平,李绍禄,李德意,李学谦,朱启良,王锦辉,李国希;离子束沉积类金刚石膜对钢在NaCl溶液中耐蚀性能的影响[J];材料保护;2000年06期
2 袁镇海,邓其森,罗广南,谢致薇,郑健红;类金刚石膜的制备、性能和应用[J];材料科学与工程;1994年04期
3 肖晓玲;;纳米多层膜的研究进展[J];材料研究与应用;2007年01期
4 莫要武,夏义本,居建华,张婕,王鸿;MPCVD法在氧化铝陶瓷上的金刚石膜沉积及其成核分析[J];功能材料;1998年01期
5 毕京锋,付强,石玉龙;等离子热丝化学气相沉积金刚石膜工艺参数研究[J];功能材料;2005年07期
6 王传新;汪建华;满卫东;马志斌;王升高;傅朝坤;李克林;康志成;;金刚石薄膜生长速度研究[J];功能材料与器件学报;2005年04期
7 杨玉卫;杨坚;古宏伟;刘慧舟;张华;金薇;;类金刚石膜的性能、制备及其应用[J];硅酸盐通报;2008年01期
8 朱宏,柳襄怀,任琮欣,邹世昌, 刘惠文,张绪寿;单源低能离子束辅助沉积类金刚石薄膜摩擦性能的研究[J];摩擦学学报;1995年02期
9 陈景升,王学军,郑志豪,孙卓,阎逢元;聚合物热解合成类金刚石薄膜的结构及摩擦学性能研究[J];摩擦学学报;1998年03期
10 吕反修;超硬材料薄膜涂层研究进展及应用[J];热处理;2004年04期
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1 岳建岭;硬质纳米多层膜的微结构与超硬效应[D];上海交通大学;2008年
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1 邬苏东;磁控溅射工艺参数对DLC膜的综合摩擦学性能影响研究[D];中国地质大学(北京);2009年
【相似文献】
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1 陈丽凤,匡同春,成晓玲;硬质合金基体上金刚石膜的XRD研究[J];冶金丛刊;2001年06期
2 吕宪义,金曾孙,郝世强,彭鸿雁,曹庆忠;氧等离子体对金刚石膜的刻蚀研究[J];新型炭材料;2003年03期
3 ;美科学家研究出用C_(60)生产金刚石膜新技术[J];科技导报;1994年11期
4 吕反修;CVD金刚石膜研究近期进展与应用[J];物理;1995年10期
5 匡同春,白晓军,成晓玲,薛新民,刘正义,邱万奇;金刚石膜与硬质合金刀片间界面Co相的研究[J];金属学报;1999年06期
6 戚学贵,陈则韶,王冠中,廖源;C-H-O和C-H-N体系生长金刚石膜的气相化学模拟[J];无机材料学报;2004年02期
7 王林军,方志军,张明龙,沈沪江,夏义本;金刚石膜/氧化铝陶瓷复合材料的介电特性和热学性能研究[J];无机材料学报;2004年04期
8 赵文轸;金刚石膜的合成与展望[J];安徽科技;1998年05期
9 张恒大,刘敬明,宋建华,蒋政,吕反修;CVD金刚石膜的抛光技术[J];表面技术;2001年01期
10 简小刚,陈明,孙方宏,张志明,沈荷生;基于内涨鼓泡实验的金刚石膜附着强度精确定量评价[J];稀有金属材料与工程;2004年12期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 廖克俊;王万录;马勇;吕建伟;;金刚石膜紫外发光性质的研究[A];TFC’03全国薄膜技术学术研讨会论文摘要集[C];2003年
2 金曾孙;吕宪义;杨广亮;吴汉华;李哲奎;刘建设;;金刚石膜中氮杂质状态的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
3 王蜀霞;王万录;廖克俊;胡陈果;孔春阳;马勇;;P型半导体金刚石膜性质的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
4 李春燕;金曾孙;吕宪义;;乙醇对金刚石膜生长特性的影响[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
5 刘凤艳;刘宇星;刘敏蔷;侯碧辉;;负偏压增强金刚石膜与衬底结合强度的理论研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
6 楼燕燕;王林军;张明龙;顾蓓蓓;苏青峰;夏义本;;CVD金刚石紫外探测器[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
7 廖克俊;王万录;王蜀霞;许杰;李正;王必本;;纳米金刚石膜场发射性质的研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
8 周克崧;代明江;匡同春;王德政;刘正义;;金刚石膜与硬质合金界面行为研究[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
9 罗廷礼;胡法竹;刘树林;;CVD金刚石用石墨衬底[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
10 陈君;王成勇;郭钟宁;;多脉冲电火花抛光金刚石膜[A];面向21世纪的生产工程——2001年“面向21世纪的生产工程”学术会议暨企业生产工程与产品创新专题研讨会论文集[C];2001年
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1 北京科技大学 吕反修;金刚石膜:带起一个产业群[N];科技日报;2001年
2 剑坤;金刚石膜——我国新材料产业的新突破[N];科技日报;2000年
3 蒋占华;金刚石膜制备及应用开发项目获重大进展[N];中国建材报;2001年
4 雨同;商机到底在哪里?[N];山西日报;2003年
5 记者 吴曼;雷地科技获航天专家赞誉[N];证券时报;2004年
6 见习记者 廖继锋 本报记者 华雪;欲上创业板公司大点兵之六[N];证券时报;2000年
7 ;开拓创新的河北省科学院[N];科技日报;2003年
8 ;做产品的四大绝招[N];经理日报;2005年
9 吕反修 唐伟忠;纳米金刚石膜及其高技术应用[N];中国高新技术产业导报;2002年
10 冀文海;如何寻找更好的赚钱机会[N];江苏经济报;2002年
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1 姜志刚;高气压直流辉光放电及其等离子体化学气相沉积金刚石厚膜的生长特性与应用研究[D];吉林大学;2004年
2 马兴伟;高速摩擦抛光金刚石膜用FeAl基合金抛光盘的制备及性能研究[D];大连理工大学;2011年
3 周建;微波等离子体化学气相沉积法制备高质量金刚石膜研究[D];武汉理工大学;2002年
4 李春燕;掺硼金刚石膜的制备及其电学性能研究[D];吉林大学;2006年
5 唐达培;直流电弧等离子体喷射金刚石膜残余应力及开裂破坏研究[D];西南交通大学;2009年
6 王兰;电流型CVD金刚石探测器研制[D];清华大学;2008年
7 孔春阳;金刚石薄膜磁阻效应及相关问题的研究[D];重庆大学;2002年
8 梁兴勃;硅基纳米金刚石膜生长及其发光器件[D];浙江大学;2008年
9 王启亮;CVD曲面金刚石膜和单晶金刚石的制备及性质研究[D];吉林大学;2012年
10 王蜀霞;有机半导体LPPP发光性质及相关问题研究[D];重庆大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马磊;热丝化学气相沉积金刚石膜的制备及其摩擦学性能研究[D];中国地质大学(北京);2012年
2 刘鹏飞;微波等离子体CVD法工艺参数对金刚石薄膜质量的影响[D];武汉工程大学;2012年
3 潘建伟;钢基镶嵌结构界面金刚石膜及其膜/基结合力的研究[D];华南理工大学;2012年
4 陈星婷;铜基镶嵌金刚石膜的初期生长过程和界面结合性能的研究[D];华南理工大学;2013年
5 胡双;DC-PCVD法硼掺杂金刚石膜的制备及其生长特性研究[D];吉林大学;2012年
6 杜康;MPCVD金刚石膜的制备及其应用的研究[D];广州大学;2010年
7 侯雪;氮气对DC-PCVD法制备金刚石膜的影响及金刚石膜的生长特性研究[D];吉林大学;2012年
8 孙祁;新型MPCVD装置制备高取向(100)金刚石膜的研究[D];武汉工程大学;2013年
9 吴俊;回旋离子束与CVD金刚石膜作用机理研究[D];武汉工程大学;2013年
10 刘昌龙;CVD金刚石膜残余应力的数值模拟[D];西南交通大学;2012年
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