含铝类金刚石薄膜的结构及机械性能研究-上海龙亚水泵厂推荐
[2008-4-29 11:12:02] 作者:张广安,王 鹏,陈友明,王霞,闫鹏勋,张俊彦
[简介]:
类金刚石碳(DLC)薄膜具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨性以及良好的化学稳定性、导热性、电绝缘性、光透过性和生物相容性, 作为新型功能薄膜材料在机械耐磨涂层、光学窗口、微电子机械系统(MEMS)以及半导体材料等方面具有广阔的应用前景。然而，多年的研究发现，高质量的类金刚石碳膜的制备一直受其巨大的内应力困扰。
含铝类金刚石薄膜的结构及机械性能研究
张广安1,2，王 鹏1，陈友明1，王 霞1，闫鹏勋2，张俊彦1
(1.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室, 甘肃 兰州 730000；
2.兰州大学 等离子体与金属材料研究所, 甘肃 兰州 730000)
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50572108, 60376039），中国科学院“百人计划”资助项目
类金刚石碳(DLC)薄膜具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨性以及良好的化学稳定性、导热性、电绝缘性、光透过性和生物相容性, 作为新型功能薄膜材料在机械耐磨涂层、光学窗口、微电子机械系统(MEMS)以及半导体材料等方面具有广阔的应用前景。然而，多年的研究发现，高质量的类金刚石碳膜的制备一直受其巨大的内应力困扰。类金刚石碳膜的内应力高达数GPa，这不仅降低了薄膜与基体之间的结合强度，造成薄膜使用过程中的失效，也限制了薄膜的沉积厚度。实验证明，通过掺杂可以有效的降低薄膜中的内应力，增强薄膜韧性，提高薄膜的使用寿命。目前大部分掺杂DLC薄膜利用磁控溅射技术。
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由于磁控溅射过程中粒子的能量较低，不易获得高质量的类金刚石碳膜，通过加基底偏压可以提高粒子的能量，获得高质量的薄膜。本实验采用中频磁控溅射系统，以纯Al（纯度>99.9%）为溅射靶，反应气体为Ar和CH4，在单晶硅片表面制备Al-DLC薄膜。利用原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱(XPS) 、红外( IR) 光谱、纳米压痕仪和微摩擦试验机等分析仪器，考察研究了所制备的薄膜表面形貌、微观结构和机械性能。结果表明：所制备的Al-DLC薄膜均匀、致密，表面粗糙度小，薄膜中的氢含量较低，铝含量约为2.8%；薄膜的内应力较低， 硬度相对较高；薄膜与Si3N4陶瓷球对摩时显示出良好的抗磨减摩性能，摩擦系数小于0.1, 耐磨寿命大于3×106次。
Al-DLC薄膜的AFM形貌像
Al-DLC薄膜/Si3N4球摩擦系数-滑动次数的关系曲线
0 2 I -335l0ll7,l 3 5 6 4 2 2 8 4 8 8
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