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《广东工业大学》 2004年
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真空阴极电弧及等离子体化学气相法沉积类金刚石碳膜的研究

李敬财  
【摘要】: 用真空阴极电弧(VAC)法和等离子体化学气相(PCVD)沉积法制备了类金刚石碳(DLC)膜,研究了通过不同制备方法和工艺参数制备DLC膜的表面形貌、结构和硬度。采用扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对薄膜的表面形貌进行了观察;采用X射线衍射(XRD)、激光拉曼光谱(Raman)对DLC膜结构进行了检测,用光电子能谱(XPS)对薄膜SP~3和SP~2含量进行了测试;采用了纳米硬度计检测了薄膜的硬度。研究结果表明: 采用VAC法入射粒子的能量和入射粒子的密度都存在一个阈值,当弧流为45A时,最佳负偏压值为-175V,此时DLC膜中最高SP~3键含量为49.86%;当弧流为65A时,最佳负偏压值为-100V,此时DLC膜中最高SP~3键含量为56.32%,纳米硬度值为17.1±7.72GPa;当负偏压为-100V时,最佳弧流为65A。仅当通过调节入射粒子能量和入射粒子的密度制备DLC膜时,二者存在一个最佳搭配值,在这个最佳搭配值条件下制备的DLC膜中SP~3含量为最高。 采用PCVD法制备DLC膜时,随着入射粒子的能量和入射粒子的密度的增加所制备DLC膜中SP~3含量也随之增加,在加速电压和离子束流同时达到了设备的额定值时,DLC膜中SP~3键含量最高为31.95%,采用Bulat—6离子源制备DLC膜时,由于该离子源的功率较低,不能进一步通过提高其加速电压和离子束流来提高DLC膜中SP~3含量。 通过对DLC膜的表面形貌的观察发现,采用VAC法制备的DLC膜表面有大的石墨颗粒的存在,严重的影响了薄膜的质量,使得薄膜表面硬度严重不均,有的相差达±7GPa,而采用PCVD法制备的DLC膜表面十分光滑,表面粗糙度Ra为0.34nm。 分析了石墨靶的起弧性质和起弧稳定性,选择了高纯、高强的石墨做为靶材;通过实验证实了Bulat—6离子源产生等离子体呈空间管状分布,大部分粒子流以直线的形式运动。 广东工业大学工学硕士学位论文 研究了通入不同流量NZ对VAC法制备的DLC膜的影响。当通入NZ为 24.Oml/min时,薄膜硬度降低(由原来的16.67 Gpa降低为9.57 Gpa),而当通 入NZ为58.2ml/min时,薄膜硬度又增加为18.6lGPa。 研究了通入不同流量CH4对TIC过渡层的影响,研究发现在本文试验的参数 范围内,随着CH。的流量的增加,C和Ti的原子数比值增加,DLC膜与基体的结 合力越好。
【学位授予单位】:广东工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TG174

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