超厚类金刚石碳基薄膜多层界面特征及其摩擦学特性
文献类型：学位论文
| 作者 | 王军军 |
| 学位类别 | 理学博士 |
| 答辩日期 | 2014-05-26 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 导师 | 王立平 |
| 关键词 | 等离子体增强化学气相沉积 超厚类金刚石薄膜 超高承载 摩擦学性能 Plasma-enhanced chemical vapor deposition Super-thick diamond-likecarbon film Ultra-high load-bearing capacity Tribological property |
| 学位专业 | 物理化学 |
| 中文摘要 | 本论文采用等离子体增强化学气相沉积法，通过多界面耦合结构制备了超厚类金刚石(DLC)碳基薄膜，考察了薄膜的结构、力学及摩擦学性能，并结合有限元模拟揭示了超厚DLC碳基薄膜具有优异性能的内在机理。主要研究内容与研究结果如下： (1) 制备了具有Si过渡层和掺Si的DLC碳基薄膜，研究了不同过渡层制备工艺和Si 含量对DLC薄膜性能的影响。研究结果表明，钢基底与薄膜之间形成的(Fe+Si+O混合层)/Si/(Si+C混合层)过渡层能够缓解因薄膜与基底间不匹配而产生的应力；Si掺杂能够降低薄膜自身的应力，通过控制掺入薄膜中的Si含量，可以调控薄膜中出现张应力或压应力。 (2) 制备了厚度大于50 µm的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n/DLC薄膜，研究了薄膜的结构、力学及摩擦学性能。研究结果表明，压应力、张应力的多层设计能够减小薄膜的内应力。制备的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n/DLC薄膜具有超高承载能力，可达3.2 GPa, 原因是随薄膜厚度增加，薄膜中出现最大集中应力的位置从膜基界面处向薄膜内部转移。另外，制备的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n/DLC 薄膜在不同环境，如大气、水及油等中都具有优异的摩擦学性能。 (3) 研究了超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n 薄膜高温环境下的结构以及摩擦学性能。研究结果表明，超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n 薄膜具有优异的热稳定性能，原因是超厚薄膜具有高的热阻特性，且有足够的厚度形成表面氧化层，氧化层的形成能够减小薄膜的氧化速率。同时，在原位高温(500 ℃)摩擦实验中，超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n 薄膜磨痕表面形成了SiC与SiO2混合层，且厚膜基界面处的应力较小，因此，薄膜具有优异的高温摩擦学性能。这说明增加DLC碳基薄膜的厚度是提高DLC薄膜高温摩擦性能的一种有效手段。 (4) 利用有限元方法模拟了在不同基底上沉积的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n薄膜在受外力时的 应力分布情况， 考察了不同基底上沉积的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n薄膜在不同载荷条件下的摩擦学性能。研究结果表明，基底将影响膜基界面处的应力，进而影响薄膜的失效，导致不同基底上沉积的超DLC碳基薄膜摩擦系数随载荷的增加表现出不同的变化趋势。较软基底上沉积的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n薄膜的摩擦系数随载荷增加而逐渐减小；较硬基底上沉积的超厚(Six-DLC/Siy-DLC)n薄膜摩擦系数随载荷增加先减小后增加，直至薄膜失效。 |
| 学科主题 | 材料科学与物理化学 |
| 公开日期 | 2014-11-21 |
| 源URL | [http://210.77.64.217/handle/362003/6743]  |
| 专题 | 兰州化学物理研究所_固体润滑国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王军军. 超厚类金刚石碳基薄膜多层界面特征及其摩擦学特性[D]. 中国科学院大学. 2014. |
入库方式： OAI收割
来源：兰州化学物理研究所
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