混合离子束合成W-DLC纳米复合薄膜的微结构和物性研究-上海龙亚水泵厂推荐
作者:汪爱英,Kwang-Ryeol Lee
[简介]:
类金刚石(diamond-like carbon, DLC)薄膜是一类定义广泛的无定型多功能碳材料，具有众多类似于金刚石的优异性能，如高硬度、低摩擦系数、良好耐磨耐蚀性和电绝缘性、宽透光范围和带隙等，可广泛用于航空、航天、工业、生物学等领域。
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混合离子束合成W-DLC
纳米复合薄膜的微结构和物性研究
汪爱英1,＊,Kwang-Ryeol Lee 2
1,* 表面工程与表面处理事业部，中科院宁波材料技术与工程研究所
2 Future Technology Research Division, Korea Institute of Science and Technology
摘要
类金刚石(diamond-like carbon, DLC)薄膜是一类定义广泛的无定型多功能碳材料，具有众多类似于金刚石的优异性能，如高硬度、低摩擦系数、良好耐磨耐蚀性和电绝缘性、宽透光范围和带隙等，可广泛用于航空、航天、工业、生物学等领域。然而，高残余压应力、与铁基衬底间的弱结合力、及湿度环境下的摩擦学不稳定性是目前实现其应用的主要瓶颈因素。
金属掺杂DLC（Me-DLC）纳米复合薄膜一般由三维无定型碳网络主相结构和镶嵌在其中的纳米尺寸金属（金属碳化物）团簇辅相组成，在增强薄膜结合力、摩擦学/热学稳定性、改善电学特性和表面能等方面具有突出作用，因此，近年来作为一种新型碳基功能薄膜已引起广泛关注和深入研究。但因DLC本征碳基结构的复杂多样性，及合成技术、工艺参数的不同，关于Me-DLC薄膜的具体生长机制、微结构与性能间的作用关系还不清楚。
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本文主要通过混合含有霍尔离子源和直流磁控溅射源的设备体系，对Si(100)衬底上合成的W掺杂DLC（WCD-L）纳米复合薄膜的微结构和力学等行为进行了研究。结果表明，当混合气氛Ar＋C6H6中的Ar含量在0～90％范围内变化时，薄膜中的W含量可从0增加到8.6at.%。微结构分析表明，当W含量小于2.8 at.%时，W原子主要均匀弥散分布在无定型的碳氢矩阵中；当2.8<W< 3.6 at.%时，薄膜中开始出现无定型的WC1-x相；进一步增加W含量到8.6 at.%，薄膜中出现WC1-x的纳米晶颗粒（～2nm）。与微结构衍化对应，薄膜的残余应力随W含量变化出现了奇异的跳跃现象，其中，在W含量为2.8at.%时，残余应力大幅下降50％到1.5GPa,但薄膜的硬度和弹性模量等力学行为变化甚微。进一步的金属W原子掺杂对薄膜微结构和力学行为的影响关系可由原子尺度的第一性原理计算结果进行阐明。
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