碳基薄膜的制備及摩擦特性的研究.pdf

1、本文首先采用雙離子束濺射沉積系統(DIBSD)制備DLC、CNx和BCN薄膜，研究此系統的工藝條件對DLC、CNx和BCN薄膜的結構和性能的影響。對于制備DLC薄膜，采用雙惰性氣體IBSD薄膜方式，改變輔源離子束能量，沉積不同參數下的DLC薄膜；對于CNx和BCN薄膜，分別采用雙離子束反應濺射沉積DIBRSD薄膜方式和雙離子束反應合成方式，通過改變輔源離子束能量和反應氣體的混合比，制備了多參數下的薄膜。運用拉曼光譜(Raman)、傅立葉

2、紅外光譜(FTIR)和X射線能譜(XPS)分析了膜層的成分組成和鍵組成；用納米壓痕儀分別測試了不同工藝參數下制備的DLC、CNx和BCN薄膜的納米硬度；在微摩擦磨損實驗機上實現了三種薄膜/氮化硅球在干摩擦下的摩擦磨損實驗；用非接觸式表面三維形貌儀觀察了膜層磨痕三維形貌及截面形貌，測量了膜層磨痕的磨損體積，以磨損體積的測量值計算膜層的磨損率，并把磨損率作為評估膜層抗磨性能的一個指標；最后用光學顯微鏡觀察了膜層磨痕的表面微觀形貌。

3、實驗結果表明:DLC薄膜的拉曼峰幅隨著輔源離子束能量的增加而降低，薄膜顯微硬度和彈性模量也隨著輔源離子束能量的增加而降低，薄膜最高納米硬度達19.6GPa,在干摩擦條件下，DLC薄膜的摩擦因數和磨損率都隨著輔源離子束能量的先降后增。CNx薄膜的結構主要由N-C(sp2)、N-C(sp3)和C-C這幾個鍵組成，其顯微硬度隨輔源離子束能量的增加而降低，薄膜最高納米硬度達22.6GPa。在干摩擦條件下，CNx薄膜的摩擦因數和磨損率都隨著輔源離

4、子束能量的先增后降。BCN薄膜的結構主要由N-C、N-B和B-C這幾個鍵組成，其顯微硬度隨輔源離子束能量的增加而降低，薄膜最高硬度達20.1GPa。在干摩擦條件下，薄膜的摩擦因數在輔源氣份為N2:Ar=1:3時較高，而在N2:Ar=1:1時摩擦因數較低，而磨損率隨著輔源離子束能量的增加而降低,并且其摩擦因數最低達到0.015。在干摩擦條件下，薄膜摩擦因數和磨損率隨著在法向載荷的增加而增大，而隨著微動往復頻率的增加而減小。在輔源離子束能量