磁控溅射制备玻璃基DLC薄膜及其性能研究

发布时间：2020-05-29 02:17

【摘要】：每年有大量的建筑幕墙玻璃,显示面板玻璃和汽车玻璃由于表面划伤、磨损而报废。类金刚石(DLC)薄膜材料具有高硬度,低摩擦系数等优异的性能,能有效的提高玻璃在加工、使用、物流等过程中的划伤问题,提高成品率。目前阻碍DLC薄膜在玻璃表面应用的主要原因是玻璃和DLC薄膜之间存在较大的内应力,造成薄膜易产生开裂和剥落。因此,本论文在玻璃基体与DLC薄膜间预镀一层SiC缓冲层,来提高薄膜与基体间的结合强度,使得DLC薄膜可以在玻璃上得到应用,提高玻璃表面的硬度。本文采用直流/射频磁控溅射法,在普通载波片表面沉积DLC薄膜,研究SiC缓冲层对DLC薄膜性能的影响,同时主要研究了沉积参数(溅射功率、氩气与乙炔流量比、沉积气压、沉积时间)对玻璃基DLC薄膜的结构、硬度与可见光透过率的影响。通过XRD、台阶仪、SEM、Raman以及紫外-可见分光光度计,表征和分析DLC薄膜的结构和性能,得出以下结论:(1)在玻璃基片上预镀制SiC缓冲层能有效的提高玻璃基DLC薄膜的硬度。SiC缓冲层的厚度过小或过大都对DLC薄膜硬度影响较大,当SiC缓冲层的厚度为46nm时,玻璃基DLC薄膜的硬度达到最佳。(2)DLC薄膜的硬度主要取决于薄膜结构致密度、薄膜中sp~3键的含量;sp~3键含量越高,薄膜的结构致密度越高,硬度就越大;(3)DLC薄膜的可见光波段透过率主要由薄膜的厚度和sp~3键含量来决定,薄膜的厚度对可见光波段透过率影响比sp~3键含量的影响大;薄膜厚度越大,薄膜的可见光波段透过率越低;薄膜中sp~3键含量越高,薄膜的可见光波段透过率越高。(4)不同沉积参数条件下制备的DLC薄膜都是非晶态薄膜。当SiC缓冲层的厚度为46nm左右,沉积DLC薄膜的工艺参数为:溅射功率200W,沉积气压1.6Pa,氩气乙炔流量比8:1,沉积时间30min,得到的DLC薄膜的硬度达到最大值,大小约为820HV,同比玻璃基体增加22.4%,可见光波段平均透过率37.84%。
【图文】：

图 1.1 碳原子的三种电子结构图类金刚石（DLC）膜主要由非晶排列的碳原子组成，该结构包含局部类的区域和局部类似石墨的区域，但没有长程有序[5]。金刚石具有以面心.c.c.）结构排列的具有 sp3杂化的碳；石墨是天然存在的碳中最丰富和稳异形体，并且是 sp2杂化中具有碳的六方密排（h.c.p）晶体。sp2和 sp3间的结构和化学键的差异导致 DLC 膜的性质的变化，因此 sp3：sp2的每个 DLC 膜的特定性质[6]。根据 DLC 薄膜材料根据是否含氢可以分为氢化无定型碳膜（a-C:H，ta-C:H）和无氢无定型碳膜（a-C，ta-C）（其如表 1.1 所示），由于氢的普遍存在的性质，很少发现真正无氢的膜，因氢化”通常意味着沉积过程不涉及氢化物质，，并且膜中的 H 含量低，通 5％[7]。a-C 碳膜中的 sp3键含量低于 50%，四面体非晶碳膜 ta-C 中的 s过 80%[8]。一般认为薄膜中 sp3含量越高，膜层在宏观上的一些性质就刚石。M ller 等人[9]描述了结构和组成三元相图（如图 1.2 所示）中不化合物薄膜， sp3杂化和 sp2杂化的三个阶段的碳和氢。DLC 薄膜由于

图 1.2 DLC 的三元相图表 1.1 氢化与非氢化 DLC 薄膜的性质对比表a-C a-C:H＜5 20-605-85 20-653) 1.9-3.0 0.9-2.2＜600° ＜400°eV） 0.4-1.5 0.8-4.01.8-2.4 1.8-2.4＜80GPa ＜50GPa＜900GPa ＜300GPa的发展史mellenmeier首次提出硬质无定型碳膜的概念，当
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2;TQ163

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本文编号：2686221