多环境适应性超润滑复合类金刚石薄膜的制备及其性能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 赵飞 |
| 学位类别 | 理学博士 |
| 答辩日期 | 2010-05-18 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 陈建敏 ; 李红轩 |
| 关键词 | 掺杂类金刚石薄膜 气相沉积 超润滑 润滑机理 Doped diamond-like carbon film Vapor deposition Superlubricity Lubrication mechanism |
| 学位专业 | 物理化学 |
| 中文摘要 | 本研究针对类金刚石碳（DLC）膜摩擦学性能对环境气氛依赖性强的问题，通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）与磁控溅射相结合的方法制备了几种元素掺杂DLC 膜，考察了各种工艺参数对薄膜组成、结构及其性能的影响，实现了在水、大气及惰性气体环境下的超润滑行为，并对不同环境下的超润滑机理进行了研究。主要结果如下： 1. 考察了沉积参数对碳膜结构的影响。结果发现，摩擦学性能优异的DLC薄膜在制备时其射频功率、脉冲偏压应分别控制在400W、500V 以内，功率或偏压过高会使入射粒子能量过大，导致薄膜发生石墨化，致使其力学性能急剧下降。同时，气源中CH4/Ar 比例最好控制在4/4 至7/4 之间；比值过小时，薄膜韧性较差，而比值过高时，靶中毒现象严重，靶原子难以被溅射出来，无法实现有效掺杂。对DLC 薄膜进行金属元素（如Ti、Cr）掺杂时，其掺入量不应太大，一般小于3.0 at.%。在此浓度范围内，金属原子溶解在碳膜骨架中而形成固溶体，不但保留了DLC 薄膜固有的润滑性能，还提高了其力学性能，降低了薄膜摩擦学行为的环境敏感性。 2. 利用脉冲直流PECVD 方法在中等占空比条件下制备的DLC 薄膜在干燥惰性气氛下表现出超润滑行为，摩擦系数低至0.006 左右。在浸泡状态下，水分子对薄膜结构、性能的侵蚀破坏作用较小，即使浸泡时间长达四个月，薄膜的结合强度及超润滑性能仍无明显退化。 3. Si-DLC 复合薄膜在水环境下与氮化硅球对摩时表现出超润滑行为（摩擦系数为0.005 左右）。研究表明，摩擦化学产物（硅酸溶胶、凝胶）的复合润滑发挥了重要作用。 4. Ti-DLC 复合薄膜在大气下具有优异的摩擦学性能，不仅摩擦系数超低（可达0.007），而且承载能力强、稳定性好。另外，这种超润滑行为几乎不受对偶材料（氮化硅、氧化铝、轴承钢及DLC）及摩擦气氛（空气、氮气及氧气）的影响，即使环境湿度达到100%，摩擦系数也不超过0.03。研究表明，摩擦过程中对偶球表面形成的超薄透明类聚合物转移膜对超润滑性能的实现起了重要作用。 |
| 学科主题 | 表面工程技术与摩擦学 |
| 公开日期 | 2012-11-09 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/1850]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_先进润滑与防护材料研究发展中心 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 赵飞. 多环境适应性超润滑复合类金刚石薄膜的制备及其性能研究[D]. 中国科学院研究生院. 2010. |
入库方式： OAI收割
来源：兰州化学物理研究所
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