等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石膜及其纳米力学性能研究

论文摘要

在过去的二十年间,类金刚石(DLC)膜引起了工业和研究领域的浓厚兴趣。制备DLC膜的方法主要分为物理气相沉积法和化学气相沉积法。其中等离子体增强化学气相沉积法是近年世界上兴起的一项新的表面处理方法,工业应用前景非常好。但是使用该方法制备固体薄膜时,由于操作工艺参数很多,对沉积薄膜性能影响很大,所以本课题研究的目的是优化各种工艺参数(沉积压力、沉积时间、射频功率和偏置电压)来达到预定的表面力学性能。本课题首先使用等离子体增强化学气相沉积设备在不同参数下制备类金刚石膜,其次用原子力显微镜对所制备试样的表面粗糙度、摩擦力和摩擦系数进行表征,最后用纳米压痕仪测量薄膜的硬度和杨氏模量。研究结果表明,增加沉积压力可以稳定地改进类金刚石膜的摩擦性能,但会降低薄膜的硬度和杨氏模量。受射频功率等其它加工参数的制约,沉积时间对薄膜性能的影响是多样的。仅延长或缩短沉积时间来对类金刚石膜进行改性是存在风险的。射频功率对DLC膜的摩擦性能影响不是很显著,而且存在扭转影响趋势的关键点,在应用时必须多加注意。偏置电压对DLC膜的摩擦性能和力学性能都能起到很好的改善作用,且影响规律稳定。但对于超高偏置电压对薄膜性能的影响在本研究中没有涉及。通过这些参数的研究可以制备出适合不同工作条件的DLC薄膜,并对今后类金刚石膜的工业应用提供很好的研究依据和实验借鉴。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 前言
• 1.2 DLC膜的制备及应用
• 1.2.1 DLC膜的制备
• 1.2.2 DLC膜的工程应用
• 1.3 DLC膜的纳米力学研究现状
• 1.4 本课题的意义及完成的主要工作
• 2 DLC膜的制备和测试方法
• 2.1 PECVD方法制备DLC膜
• 2.1.1 衬底材料及实验气体
• 2.1.2 PECVD系统简介
• 2.1.3 DLC膜的制备过程
• 2.1.4 实验参数控制
• 2.2 DLC膜纳米力学性能的测试方法
• 2.2.1 原子力显微镜
• 2.2.2 纳米压痕仪
• 2.2.3 表面轮廓仪
• 3 沉积压力对DLC膜纳米力学性能的影响
• 3.1 DLC膜的纳米摩擦学性能分析
• 3.2 DLC膜的纳米力学性能分析
• 4 沉积时间对DLC膜纳米力学性能的影响
• 4.1 DLC膜的纳米摩擦学性能分析
• 4.2 DLC膜的纳米力学性能分析
• 5 射频功率对DLC膜纳米力学性能的影响
• 5.1 DLC膜的纳米摩擦学性能分析
• 5.2 DLC膜的纳米力学性能分析
• 6 偏置电压对DLC膜纳米力学性能的影响
• 6.1 DLC膜的纳米摩擦学性能分析
• 6.2 DLC膜的纳米力学性能分析
• 7 结论与展望
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 作者简历
• 学位论文数据集