哈工大薄膜PPT课件.ppt

Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology Robotics Institute of Harbin Institute of Technology 在Ti基材上沉积a-Si:H-DLC复合薄膜的摩擦特性 DLC是英文“DIAMOND-LIKE CARBON”一词的缩写。 DLC是一种由碳元素构成、在性质上和钻石类似，同时又具有石墨原子组成结构的物质。DLC类金刚石薄膜是碳的一种非晶亚稳态结构，在微观上主要由一定比例的sp3键和sp2键混合组成。 一、 DLC类金刚石薄膜 一、 DLC类金刚石薄膜 DLC类金刚石薄膜是最具有代表性的低摩擦固体润滑耐磨薄膜材料 力学性能：硬度、弹性模量、内应力和结合强度 摩擦性能：优异的耐磨性和很低的摩擦系数 热稳定性：亚稳态材料 耐腐蚀性：纯DLC优异耐蚀性，掺杂其他元素耐 蚀性下降 表面状态：抗粘结性 存在的问题： 膜内高的残余应力，当高能量的碳离子嵌进基板或薄膜中而无法移动扩散时，DLC膜中的变形程度提高，使其产生褶皱而发生剥落现象。 类金刚石薄膜与金属基材的性质差异，特别是热膨胀系数的差异，使得薄膜会在界面切应力的作用下而造成剥落的行为。 一、 DLC类金刚石薄膜 一、 DLC类金刚石薄膜 过渡层膜技术 通过一层或多层的中间过渡层系统作用于硬质镀层材料和基材之间改善它们的适应性缓解化学键、热膨胀系数等性能的差异，改善膜基结合力。 一、 DLC类金刚石薄膜 薄膜的剥落主要是由于压头尖端处应力集中使得薄膜内部产生裂纹，以及薄膜与基体变形恢复不同步造成的膜基脱开共同作用的结果 因此，提高其抗剥落的途径应该是：减小膜内残余应力和增加界面的黏附力。 二、 实验原理及方法 实验原理： 采用含有不定型a-Si:H的中间过渡材料，以缓解薄膜与基体由于热膨胀系数不同造成的影响并改善界面化学键合方式。 a-Si:H中间过渡层材料与金属基材和DLC薄膜都有较好的附着强度。 通过尖端放电，在中间层上形成非沉积区。利用双电源CVD化学气相沉积装置沉积出具有非连续分割单元表面的DLC 薄膜 ，该分割单元边界能够释放DLC薄膜内的压缩残余应力。 二、 实验原理及方法 制备实验方法： 系统达到5×10-3 Pa的真空度后，通入氩气，真空压力控制在20 Pa，施加800 V的电压，进行表面电刻蚀处理； 接着导入氢硅化物气体SixHy和H2，真空压力控制在22.5 Pa，在一定的时间内用30 W的电力沉积 a-Si:H过渡层； 随后按一定比例导入C2H2和H2，真空压力控制在15 Pa，使用800 V的满负荷电压沉积DLC薄膜，薄膜沉积速度为１μm/h。 二、 实验原理及方法 摩擦特性实验方法： DLC 膜的摩擦特性实验在右图装置上进行。 试验片被固定在转盘上，转盘的滑动半径为 16 mm，圆周滑动线速度为 0.1 m/s，施加 荷重 P=2.94N。 在达到一定循环次数后，用光学显微镜观察磨擦损耗轨迹的状态，利用EPMA电子显微镜观察复合膜的断面情况；用触针式表面粗糙度计测量磨擦损耗轨迹部断面曲线，用于计算磨耗面积。 另外，在每一个循环周期，测定其摩擦力，用于计算摩擦系数 μ（F/P）。 图1 摩擦特性试验装置 三、 结果与讨论 常温下，将 DLC薄膜直接沉积在电侵蚀处理后的金属基材上。结果表明，薄膜的附着力极弱。电子显微镜观察（图3）显示，薄膜与基材之间有一条几乎完整的裂纹，这说明 DLC膜中产生了较大的残余应力，使界面与基材之间发生分离。因此，在常温下