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熔盐电化学方法在钽表面沉积碳膜的研究

邢朝阳  
【摘要】:碳膜因具有良好的物理、化学性质,使得它在各个领域都得到了越来越广泛的应用。相比于制备碳膜的物理气相沉积和化学气相沉积等方法,采用电化学方法制备碳膜具有实验设备简单、材料的来源丰富且价廉、实验的温度较低和碳膜的沉积速度快等优点,因此具有非常好的应用前景。 本文以KCl-LiCl共晶熔盐为电解质,K2CO3为碳源,采用电化学方法在Ta表面沉积碳膜。通过高温氧化与电化学沉积相结合的方法在碳膜和基体之间制备碳化物过渡层,增强碳膜与基体之间的结合强度;讨论了氧化条件、沉积温度以及碳沉积量对基体表面沉积碳膜的影响。实验结果如下: 通过对金属Ta基体进行高温预氧化、电脱氧和碳沉积,在其表面制备了附有碳化物过渡层的碳膜;过渡层实现了从基体到碳膜之间成分和结构上的过渡,有效增加了碳膜与基体之间的结合力;电化学沉积温度的提高有利于在钽基体表面形成金属Ta和W的碳化物,也增加了碳的沉积量和其中石墨相结晶程度;碳膜是由连接紧密的微米尺寸的球形碳颗粒组成,在沉积碳膜的过程中逐层生长。碳膜表面碳颗粒的尺寸随着碳沉积量的增加逐渐增大;增加沉积时间和沉积电压都会增加基体表面的碳沉积量,当碳的沉积量过大时,在基体表面生成的碳膜会因为过厚而从基体表面脱落;Ta基体经过高温氧化及熔盐电脱氧处理后增加了基体表面的宏观及微观粗糙度,有利于碳在基体上形核;氧化层与基体的结合强度影响了碳膜的质量,氧化层附着力的下降会导致碳膜的脱落。


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