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FCVA辅助ECR源制备DLC/CN_x复合膜的研究

作　者: 周鸿飞
导　师: 张化宇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: CN_x薄膜 DLC/CN_x复合膜超薄保护膜拉曼光谱 X射线光电子能谱俄歇电子能谱
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 15次
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内容摘要

CN_x是一种新型的氮化碳膜,DLC/CN_x复合膜是对传统四面体非晶碳(ta-C)保护膜的拓展和创新。磁过滤阴极真空弧(Filtered Cathod Vacuum Arc, FCVA)是一种沉积高质量薄膜的方法,电子回旋共振(Electron Cyclotron Resonance, ECR)能提供高离化率的等离子体源,采用这两种方法结合制备DLC/CN_x复合膜在国内的研究很少。本研究通过改变衬底偏压和氮气流量制备不同氮含量的DLC/CN_x复合膜,研究薄膜的结构、表面状态和性能的变化规律,并与传统的ta-C保护膜的性能作比较,主要研究结论有以下几点:1.薄膜内氮含量主要决定于轰击氮离子的能量,当衬底偏压为-300V时得到的氮含量最高,氮碳原子比为26.39%。衬底偏压对氮的深度分布影响较大。2. DLC/CN_x复合膜内sp3键含量随着适量氮的注入增多,高于空白ta-C膜;而随着氮的持续增加降低,总体上呈抛物线型变化,并在N/C原子比为13.76%时达到最大值。而C sp3键与N-sp3C键的含量也均表现出先增加后减小的抛物线型变化,并在N/C原子比为13.76%时,含量达到最大值。结合可见光拉曼光谱与紫外光拉曼光谱比较,随着薄膜含氮量的增加,G峰位离散度呈现出线性减小的趋势,表征着薄膜结构的无序度减小,逐渐趋向有序化。3.薄膜RMS表面粗糙度保持在0.08nm-0.11nm之间,表面光滑、均匀、连续。薄膜厚度随着氮气流量的增加而增大,随着衬底偏压的增加而减小。4.草酸腐蚀实验的结果显示薄膜的抗腐蚀性与表面粗糙度和薄膜的结构有关。薄膜的摩擦系数在含氮量13.76%处达到最小值0.13。水接触角测量仪的结果显示DLC/CN_x复合膜的表面自由能显著高于ta-C薄膜,吸附性较强;并在含氮量13%~16%范围内达到最大的表面自由能。采用椭偏仪对薄膜的光学性能进行了研究,消光系数受薄膜结构影响较大。本次研究探索开发了FCVA辅助ECR源制备超薄DLC/CN_x复合膜的新工艺,研究了DLC/CN_x膜不同于传统的ta-C保护膜的新特性,为开发新的超薄保护膜提供了新思路;为新工艺、新产品的研发,提供了试验数据和理论依据;为拓展DLC/CN_x复合膜制品的应用领域、巩固和扩大市场打下了基础。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题来源  9-10
  1.2 研究的目的及意义  10
  1.3 类金刚石薄膜与氮化碳薄膜简介  10-16
    1.3.1 类金刚石薄膜简介  10-12
    1.3.2 CN_x 膜简介  12-16
  1.4 本文主要研究内容  16-17
第2章 DLC/CN_x 复合膜的制备与表征  17-24
  2.1 引言  17
  2.2 DLC/CN_x 复合膜的制备  17-20
    2.2.1 过滤阴极真空弧简介  17-18
    2.2.2 电子回旋共振简介  18
    2.2.3 DLC/CN_x 复合膜的制备  18-20
  2.3 DLC/CN_x 复合膜的表征  20-23
    2.3.1 X 射线光电子能谱仪  20
    2.3.2 拉曼光谱仪  20-21
    2.3.3 俄歇电子能谱仪  21
    2.3.4 椭偏仪  21-22
    2.3.5 原子力显微镜  22
    2.3.6 接触角测量仪  22-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章 DLC/CN_x 复合膜的成分与结构分析  24-55
  3.1 引言  24
  3.2 DLC/CN_x 复合膜成分分析  24-26
  3.3 DLC/CN_x 复合膜深度分析  26-30
  3.4 DLC/CN_x 复合膜物理结构的拉曼光谱分析  30-47
    3.4.1 可见光拉曼  31-42
      3.4.1.1 Gaussian-Lorentzian 分析  34-38
      3.4.1.2 BWF 分析  38-42
    3.4.2 紫外光拉曼  42-47
  3.5 DLC/CN_x 复合膜化学结构的XPS 分析  47-53
    3.5.1 DLC/CN_x复合膜C1s谱分析  49-51
    3.5.2 DLC/CN_x复合膜N1s谱分析  51-53
  3.6 本章小结  53-55
第4章 DLC/CN_x 复合膜的表面状态与性能分析  55-68
  4.1 引言  55
  4.2 表面形貌  55-58
  4.3 吸附性能  58-61
  4.4 光学性能  61-63
  4.5 抗腐蚀性能  63-65
  4.6 摩擦学性能  65-66
  4.7 本章小结  66-68
结论  68-69
参考文献  69-75
致谢  75

FCVA辅助ECR源制备DLC/CN_x复合膜的研究

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