论文摘要
本文以磁过滤真空阴极弧（Filtered Cathodic Vacuum Arc）技术制备的DLC薄膜为研究对象。通过改变衬底偏压和沉积时间研究磁头表面不同厚度DLC薄膜的结构、表面状态和性能随着衬底偏压的变化规律。以此为基础,我们可以更好的改进磁头表面超薄DLC的结构和性能并且优化超薄DLC的制备工艺,最终能够改进磁头的性能并延长磁头的使用寿命。目前,对于2nm左右的超薄DLC薄膜的研究还比较少,并且2nm的超薄DLC膜与较厚的DLC薄膜在结构上表现出较大的差异,结构的差异又会引起性能上的变化,所以本课题的研究内容具有较强的创新性和前沿性。采用Vis-Raman和UV-Raman对薄膜的物理结构进行了分析。结果显示衬底偏压和薄膜厚度对DLC薄膜的物理结构有明显的影响。且2nm的超薄DLC薄膜的结构表现出与较厚DLC薄膜不同的变化规律。2nm DLC的sp3键含量随衬底偏压的增大而减少。5nm、10nm和35nm DLC的sp3键含量随衬底偏压的增大而先增大后减少。sp3键含量随薄膜厚度的增加而增加。采用XPS对薄膜的成分和化学结构进行了分析。大部分的C元素以sp3C和sp2C形式存在。其sp3键含量都在72%以上,随着衬底偏压和厚度的变化而成规律性变化。采用原子力显微镜分析了DLC薄膜的表面粗糙度和表面形貌,发现薄膜RMS表面粗糙度仅在0.13nm-0.23nm之间变动,表面三维形貌显示薄膜表面均匀连续。采用草酸腐蚀实验研究了DLC薄膜的抗腐蚀性。结果显示DLC薄膜的抗腐蚀性与表面粗糙度和薄膜的结构有关。对于2nm的DLC薄膜,表面粗糙度对其腐蚀率影响较大。对于5nm和10nm的DLC薄膜,薄膜结构对其腐蚀率影响较大。采用摩擦设备测量了DLC薄膜的摩擦系数,研究薄膜的摩擦学性能;对于2nm的DLC薄膜,摩擦系数随衬底偏压的增大而减小。薄膜越厚,摩擦系数越小。采用水接触角测量仪对磁头表面吸附性能进行了表征。2nm的DLC薄膜的吸附性随着衬底偏压的增大而先增大后减小。而较厚薄膜的吸附性变化趋势与此相反。采用电阻测量仪和椭偏仪对DLC薄膜的电阻率和折射率进行了研究。电阻率和折射率受薄膜结构影响较大。本次研究反映了2nm超薄DLC膜不同于较厚DLC薄膜的新的特性。全面研究了DLC薄膜的结构、表面状态和各项性能。2nm超薄DLC膜在结构上的差异引起了表面粗糙度及抗腐蚀性能、摩擦性能、吸附性能等性能的变化。
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