有机物修饰Si衬底上类金刚石膜的制备及摩擦性能研究

论文摘要

简要介绍了类金刚石薄膜（DLC）的分类、制备、性能及应用；叙述了有关磁过滤阴极弧沉积（FCVA）和微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积（MW-ECRCVD）两种制备方法；用这两种镀膜方法制备有机薄膜／DLC复合薄膜，有机过渡层选用了两种，分别为3-Aminopropyl-triethoxysilane（APS）和N’-[3-（Trimethoxysilyl）-propyl]diethylenetriamine（TA）。先进行无有机过渡层DLC薄膜的制备，找到最佳沉积条件，然后在此条件下进行有机薄膜／DLC复合薄膜的制备，考察有机过渡层对DLC薄膜摩擦学性能的影响。利用Raman光谱和X射线光电子能谱（XPS）对FCVA和MW-ECRCVD制备的DLC薄膜结构进行了分析，证明制备的薄膜为DLC薄膜。在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上，采用往复运动形式考察了有机过渡层／DLC复合薄膜摩擦磨损性能。利用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌，同时测试了薄膜的硬度。实验结果如下所示。（1）FCVA法沉积的有机薄膜／DLC复合薄膜的结构与DLC薄膜无区别，薄膜与衬底结合极差，有机过渡层在复合薄膜中的作用没有达到预期效果。（2）MW-ECRCVD法沉积的有机薄膜／DLC复合薄膜的结构不同于同条件下沉积的DLC薄膜，有X射线入射角变角度的测量方式证明有机物的存在；APS和TA过渡层改善了DLC薄膜表面，表面均方根粗糙度从0．198nm减小到0．114nm；APS有机过渡层使DLC薄膜的磨损寿命大幅度增加，从210s增加到3．3×104S，而TA有机过渡层则起到了相反的作用，寿命从210s减少到75s；有机过渡层APS和TA都使DLC薄膜的硬度和弹性模量增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 类金刚石薄膜概述
• 1.1.1 类金刚石薄膜的组成和分类
• 1.1.2 类金刚石薄膜的制备
• 1.1.3 类金刚石薄膜的表征
• 1.1.4 类金刚石薄膜的性能
• 1.1.5 类金刚石薄膜的应用
• 1.2 本论文的研究工作
• 1.2.1 选题的意义
• 1.2.2 硬盘的结构
• 1.2.3 实验设计和 DLC 薄膜制备方法的选择
• 第二章 磁过滤阴极弧法制备 DLC 薄膜
• 2.1 磁过滤阴极弧简介
• 2.1.1 阴极弧简介
• 2.1.2 阴极弧工作的原理
• 2.1.3 宏观离子过滤装置
• 2.1.4 磁过滤阴极弧（FCVA）沉积的特点
• 2.2 实验设计及数据分析
• 2.2.1 有机薄膜的制备
• 2.2.2 DLC 薄膜的制备及其特性分析
• 第三章 微波电子回旋共振等离子体沉积法制备 DLC 薄膜
• 3.1 微波电子回旋共振等离子体沉积方法简介
• 3.1.1 微波电子回旋共振等离子体源的特点
• 3.1.2 微波电子回旋共振等离子体的基本原理
• 3.1.3 MW-ECRCVD 等离子体技术在材料科学中的应用
• 3.2 本研究所用仪器简要说明
• 3.2.1 微波源系统组成及技术指标
• 3.2.2 微波源工作原理
• 3.3 DLC 薄膜的制备
• 3.3.1 有机薄膜的制备
• 3.3.2 DLC 薄膜的制备
• 第四章 DLC 薄膜的结构和性质分析
• 4.1 薄膜的沉积速率
• 4.2 DLC 薄膜的化学结构表征
• 4.2.1.DLC 薄膜的 Raman 分析
• 4.2.2.DLC 薄膜的 XPS 分析
• 4.3 DLC 薄膜的摩擦学特性
• 第五章 添加有机过渡层后的 DLC 薄膜的结构和性质分析
• 5.1 薄膜的化学组分表征
• 5.1.1 C1s 谱分析
• 5.1.2 Si2p 谱分析
• 5.2 薄膜的表面形貌表征
• 5.3 薄膜的摩擦学性能
• 5.4 薄膜的硬度测试
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢