选择性键合金属元素掺杂类金刚石薄膜的制备及力学性能研究

发布时间：2022-10-08 12:30

　　类金刚石（DLC）薄膜具有高硬度、良好的化学稳定性、低摩擦系数等一系列优点而受到广泛关注。但由于制备技术的限制,导致薄膜存在内应力高和韧性低等缺陷,从而制约其实用化发展。本论文以选择性金属元素掺杂类金刚石薄膜技术为主导,以降低薄膜内应力、改善薄膜韧性为目的,利用阴极电弧沉积技术制备了单元素Ti掺杂（Ti-DLC）和Al元素掺杂（Al-DLC）复合薄膜,分析了不同键合特性的金属元素对DLC薄膜的微观结构和力学性能的影响。在此研究基础上制备出双元素N-Ti共掺（N,Ti）-DLC和N-Al共掺（N,Al）-DLC复合薄膜,探索了不同制备工艺及参数与双元素共掺DLC复合薄膜的微观结构、成分、表面形貌和力学性能之间的联系,并在该研究基础上得出最佳工艺条件。研究结果表明:（1）利用阴极电弧沉积技术在单晶硅（100）基体上制备了纯DLC薄膜和Ti-DLC、Al-DLC复合薄膜。通过与纯DLC薄膜对比发现:薄膜中掺入金属元素影响了薄膜的微观结构、表面形貌和力学性能。Ti和Al元素掺入薄膜后促进了C-sp~2杂化键团簇的增长,薄膜内应力得到有效释放,表面粗糙度增加,薄膜的硬度降低,但Al-DLC复合薄... 

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 类金刚石薄膜的结构及分类
    1.2 类金刚石薄膜的制备方法
        1.2.1 物理气相沉积技术
        1.2.2 化学气相沉积技术
    1.3 类金刚石薄膜的性质和应用
    1.4 类金刚石薄膜存在的问题
    1.5 元素掺杂DLC复合薄膜研究现状
        1.5.1 金属元素掺杂DLC复合薄膜
        1.5.2 非金属元素掺杂DLC复合薄膜
        1.5.3 多元素共掺DLC复合薄膜
    1.6 本论文研究目的、主要内容及意义
第二章 类金刚石薄膜的制备工艺及表征
    2.1 薄膜制备装置
    2.2 薄膜制备工艺
    2.3 类金刚石复合薄膜的表征方法
        2.3.1 薄膜的结构和成分表征
        2.3.2 薄膜的表面形貌表征
        2.3.3 薄膜的内应力分析
        2.3.4 薄膜的硬度和韧性分析
第三章 Al-DLC和Ti-DLC复合薄膜的制备及力学性能研究
    3.1 引言
    3.2 纯DLC薄膜及金属掺杂-DLC复合薄膜的制备及分析
        3.2.1 纯DLC薄膜和金属掺杂DLC薄膜的制备
        3.2.3 纯DLC薄膜和金属掺杂DLC薄膜的微观结构分析
        3.2.4 纯DLC薄膜和金属掺杂DLC薄膜的表面形貌分析
        3.2.5 纯DLC薄膜和金属掺杂DLC薄膜的力学性能分析
    3.3 本章小结
第四章 (N,Ti)-DLC复合薄膜的制备及力学性能研究
    4.1 引言
    4.2 (N,Ti)-DLC复合薄膜的制备及分析
        4.2.1 (N,Ti)-DLC复合薄膜的制备
        4.2.2 (N,Ti)-DLC复合薄膜的微观结构分析
        4.2.3 (N,Ti)-DLC复合薄膜的成分分析
        4.2.4 (N,Ti)-DLC复合薄膜的表面形貌分析
        4.2.5 (N,Ti)-DLC复合薄膜的力学性能分析
    4.3 本章小结
第五章 (N,Al)-DLC复合薄膜制备及力学性能研究
    5.1 引言
    5.2 (N,Al)-DLC复合薄膜的制备及分析
        5.2.1 (N,Al)-DLC复合薄膜的制备
        5.2.2 (N,Al)-DLC复合薄膜的微观结构分析
        5.2.3 (N,Al)-DLC复合薄膜的成分分析
        5.2.4 (N,Al)-DLC复合薄膜的表面形貌分析
        5.2.5 (N,Al)-DLC复合薄膜的力学性能分析
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间的学术成果
致谢



本文编号：3687717