中频磁控和非平衡磁控放电特性及Cr-DLC膜层制备研究

发布时间：2017-09-01 14:10

  本文关键词：中频磁控和非平衡磁控放电特性及Cr-DLC膜层制备研究

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【摘要】：金属掺杂类金刚石薄膜具有高硬度、低摩擦系数、低磨损率等优点被广泛应用于抗摩擦领域中。传统磁控溅射存在靶材原子离化率低,反应磁控溅射中容易毒化,工作不稳定等问题。非平衡直流磁控溅射及中频脉冲磁控溅射由于可以解决传统磁控溅射中存在的问题成为制备Cr-DLC的有效方法。本文采用非平衡直流磁控溅射及中频脉冲磁控溅射两种磁控溅射技术,分别研究了两种技术在Cr靶条件下的放电特性,并对两种溅射技术下的放电特性进行对比。分别使用两种技术在相同的靶电流条件下制备Cr-DLC薄膜。研究了不同靶基距对Cr-DLC薄膜膜层形貌、相结构、摩擦磨损性能、膜基结合力及电化学腐蚀特性等的影响,并对比两种溅射技术制备的Cr-DLC薄膜的差别。中频脉冲磁控溅射技术放电特性结果表明,靶电压及基体电流随着气压的增加而降低;随着N2比例的增加,靶电压先降低后升高,基体电流值一直降低;随着C2H2比例的增加,靶电压先降低后升高,基体电流基本保持不变。非平衡直流磁控溅射技术放电特性结果表明,闭合场磁场位型较镜像场及非平衡场磁场位型更容易获得较高的基体电流值;在闭合场位型条件下,随着N2比例的增加,靶电压先降低后升高,基体电流值降低;随着C2H2比例的增加,靶电压升高,基体电流下降。两种磁控溅射技术放电特性对比表明,在相同的靶电流条件下,中频脉冲磁控溅射靶电压更高、靶功率更大。在Ar:C2H2比例相同的条件下,中频脉冲磁控溅射可以获得更高的基体电流值。Cr-DLC薄膜组织结构表明,在非平衡直流磁控溅射条件下,Cr-DLC薄膜为柱状晶组织结构;随着靶基距的增加,薄膜厚度基本保持不变;薄膜中主要以非晶的漫散射峰及Cr2C的衍射峰位主,同时还发现了Cr的(110)峰。在中频脉冲磁控溅射条件下,Cr-DLC薄膜为致密的柱状晶组织结构;随着靶基距的增加,薄膜厚度减小;薄膜主要以漫散射峰为主,呈现碳纳米晶结构。Raman光谱表明两种磁控溅射技术制备的薄膜均为DLC薄膜。Cr-DLC薄膜性能测试表明,在非平衡直流磁控溅射条件下,Cr-DLC薄膜具有较好的结合力,在靶基距为80mm时,结合力等级为HF1;薄膜的摩擦系数随着靶基距的增加而增加;抗电化学腐蚀能力随着靶基距的增加而增加;在中频脉冲磁控溅射条件下,Cr-DLC薄膜结合力等级为HF4,但其摩擦系数及抗电化学腐蚀能力均优于在非平衡直流磁控溅射条件下制备的Cr-DLC薄膜。
【关键词】：中频脉冲磁控溅射 非平衡直流磁控溅射 放电特性 Cr-DLC薄膜
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-22
• 1.1 课题的研究背景及目的10-11
• 1.2 磁控溅射技术11-17
• 1.2.1 磁控溅射技术原理及发展11-12
• 1.2.2 非平衡磁控溅射技术12-14
• 1.2.3 脉冲磁控溅射技术14-17
• 1.3 类金刚石薄膜简介及制备技术17-21
• 1.3.1 类金刚石薄膜简介17-20
• 1.3.2 金属杂类金刚石薄膜20-21
• 1.4 本文主要研究内容21-22
• 第2章 试验材料与方法22-30
• 2.1 试验材制备及试验设备22-24
• 2.1.1 试验材料22
• 2.1.2 试样制备22-23
• 2.1.3 试验设备23-24
• 2.2 试验方法24-29
• 2.2.1 放电特性试验24-27
• 2.2.2 Cr-DLC薄膜制备试验27-29
• 2.3 分析测试方法29-30
• 2.3.1 扫描电镜（SEM）分析29
• 2.3.2 拉曼光谱分析29
• 2.3.3 X射线衍射（XRD）分析29
• 2.3.4 摩擦磨损分析29
• 2.3.5 洛氏硬度分析29
• 2.3.6 电化学腐蚀分析29
• 2.3.7 光学显微镜观察29-30
• 第3章 Cr靶中频脉冲磁控溅射等放电特性研究30-42
• 3.1 电源参数对放电特性的影响30-33
• 3.1.1 中频电源电压电流波形30-31
• 3.1.2 偏压电源电压电流波形31-33
• 3.2 气压对放电特性的影响33-36
• 3.3 靶电流对基体电流的影响36-38
• 3.4 反应气体对放电特性的影响38-40
• 3.4.1 N_2与Ar比例对放电特性的影响38-39
• 3.4.2 C_2H_2与Ar比例对放电特性的影响39-40
• 3.5 基体位置对放电特性的影响40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 Cr靶非平衡直流磁控溅射放电特性测试42-57
• 4.1 磁场位型对放电特性的影响42-46
• 4.1.1 不同磁场位型及基体位置对放电特性的影响42-44
• 4.1.2 磁场对放电特性影响分析44-46
• 4.2 工艺参数对放电特性的影响46-51
• 4.2.1 气压对放电特性的影响46-48
• 4.2.2 靶电流对基体电流的影响48-49
• 4.2.3 反应气体对放电特性的影响49-51
• 4.3 中频脉冲磁控溅射与非平衡直流磁控溅射对比分析51-56
• 4.3.1 两种磁控溅射技术靶功率对比51-52
• 4.3.2 气压对两种磁控溅射技术影响对比52-53
• 4.3.3 反应气体对两种磁控溅射技术影响对比53-54
• 4.3.4 基体位置对两种磁控溅射技术影响对比54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 Cr-DLC薄膜制备及组织性能研究57-72
• 5.1 Cr-DLC薄膜沉积工艺探索57-58
• 5.2 Cr-DLC薄膜组织结构分析58-66
• 5.2.1 Cr-DLC薄膜断裂截面SEM分析58-61
• 5.2.2 Cr-DLC薄膜XRD相结构分析61-62
• 5.2.3 Cr-DLC薄膜Raman光谱分析62-66
• 5.3 Cr-DLC薄膜性能测试及分析66-70
• 5.3.1 Cr-DLC薄膜压痕形貌分析66-67
• 5.3.2 Cr-DLC薄膜摩擦磨损分析67-69
• 5.3.3 Cr-DLC薄膜电化学腐蚀分析69-70
• 5.4 本章小结70-72
• 结论72-73
• 参考文献73-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈冲;费振义;亓永新;曹宁;张益博;王风;吕震;李木森;;射频辉光放电等离子体辅助化学气相沉积法制备类金刚石碳膜工艺与性能表征[J];金刚石与磨料磨具工程;2009年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 桂刚;2kA高功率脉冲磁控溅射电源研制及Cr-DLC薄膜制备[D];哈尔滨工业大学;2011年

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本文编号：772530