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类陨石坑表面类金刚石薄膜的制备及其沉积系统设计

张冲  
【摘要】:本文利用自主研发的RF-DCCVD双电源化学气相沉积系统,成功地在碳钢基材上沉积了类陨石坑非连续表面类金刚石(DLC)薄膜,提高了DLC薄膜与碳钢基材的结合强度,为解决压缩机的磨损问题提供了一种可靠的方法。 设计完成了RF-DCCVD双电源化学气相沉积系统,选用分子泵作为主泵,旋片泵作为前级泵,真空室容积为7.17×10-3m3,极限真空达到5×10-4Pa,能为50mm量级的实验研究提供所需高真空。该系统配备完整的供气系统和测试系统,电源系统采用DC直流电源和RF射频电源组合双电源。 RF-DCCVD设备的阳极为复合阳极,利用锯齿结构的辅助阳极产生尖端放电在SAE1060碳钢基材上沉积非连续表面的a-Si:H:C中间过渡层,提高膜基结合强度,然后制备出具有微米类陨石坑非连续表面的DLC薄膜。利用Ball-on-Disk摩擦评价试验机对薄膜进行摩擦特性评价;实验着重研究极间距S-T对薄膜表面类陨石坑密度的影响;最后利用拉曼光谱仪对薄膜结构和成分进行分析。 实验结果表明:在同样的电压下,类陨石坑的密度随着电极间距的增加而减小,最佳电极间距S-T=40~60mm,此时具有比较适中的类陨石坑密度,对DLC薄膜的摩擦特性影响不大,同时具有较强的界面结合强度;当S-T=50mm时,施加P=3N的载荷条件下,薄膜的破坏寿命达到了130万循环,比光滑表面的薄膜延长了30万循环,表明微米类陨石坑非连续结构能够有效地释放膜内的残余压缩应力,提高了DLC薄膜与基材的结合强度,延长了DLC薄膜的破坏寿命。


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