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有机物修饰Si衬底上类金刚石膜的制备及摩擦性能研究

张军英  
【摘要】: 简要介绍了类金刚石薄膜(DLC)的分类、制备、性能及应用;叙述了有关磁过滤阴极弧沉积(FCVA)和微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积(MW-ECRCVD)两种制备方法;用这两种镀膜方法制备有机薄膜/DLC复合薄膜,有机过渡层选用了两种,分别为3-Aminopropyl-triethoxysilane(APS)和N'-[3-(Trimethoxysilyl)-propyl]diethylenetriamine(TA)。 先进行无有机过渡层DLC薄膜的制备,找到最佳沉积条件,然后在此条件下进行有机薄膜/DLC复合薄膜的制备,考察有机过渡层对DLC薄膜摩擦学性能的影响。利用Raman光谱和X射线光电子能谱(XPS)对FCVA和MW-ECRCVD制备的DLC薄膜结构进行了分析,证明制备的薄膜为DLC薄膜。在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上,采用往复运动形式考察了有机过渡层/DLC复合薄膜摩擦磨损性能。利用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,同时测试了薄膜的硬度。实验结果如下所示。 (1)FCVA法沉积的有机薄膜/DLC复合薄膜的结构与DLC薄膜无区别,薄膜与衬底结合极差,有机过渡层在复合薄膜中的作用没有达到预期效果。 (2)MW-ECRCVD法沉积的有机薄膜/DLC复合薄膜的结构不同于同条件下沉积的DLC薄膜,有X射线入射角变角度的测量方式证明有机物的存在;APS和TA过渡层改善了DLC薄膜表面,表面均方根粗糙度从0.198nm减小到0.114nm;APS有机过渡层使DLC薄膜的磨损寿命大幅度增加,从210s增加到3.3×10~4S,而TA有机过渡层则起到了相反的作用,寿命从210s减少到75s;有机过渡层APS和TA都使DLC薄膜的硬度和弹性模量增加。


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