含氢纳米结构类金刚石薄膜的制备、表征及性能研究

摘要

综述了类金刚石薄膜的研究进展，结合课题组研究内容，得出论文的选题思想。利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)设备，以甲烷为碳源，制备类金刚石薄膜，考察制备工艺对薄膜结构的影响，研究了薄膜的结构与摩擦学、力学性能以及在一种离子液下的摩擦学性能，并探究摩擦磨损过程的机理及其对薄膜结构的影响，主要研究结果如下：
　　1.通过高频单极脉冲偏压电源制备的类金刚石薄膜在1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐[emim]BF4离子液中摩擦时，在低载荷下较空气中摩擦有明显的减摩作用。在较高载荷下，有离子液润滑的类金刚石薄膜抗磨效果非常明显，磨损率相比空气摩擦低了1个数量级。类金刚石薄膜在离子液中有很好的抗磨效果，是由于在摩擦界面上形成了边界润滑膜，在磨痕表面检测到离子液元素信号的存在，推断这层边界润滑膜可能是由离子液物理吸附形成的。
　　2.利用直流脉冲等离子增强化学气相沉积设备，通过调节极板间距，沉积出一批类金刚石薄膜。通过表征发现，薄膜内应力随着极板间距增大呈现先上升后降低的变化趋势，推测可能与极板间距变化引起的不同能量粒子流率有关。在适中极板间距下沉积的类金刚石薄膜具有较低的硬度、弹性模量、摩擦系数以及磨损率，通过电子能谱和红外光谱发现，极板间距的影响使薄膜在适中间距下具有较高的键合氢含量，这也使薄膜同时具有了低硬度和低摩擦系数。
　　3.沉积的类金刚石薄膜中具有明显的类富勒烯纳米结构，对类富勒烯结构薄膜摩擦后的磨痕进行考察，发现类富勒烯薄膜摩擦过程中，摩擦区域逐渐硬化，具有一定程度的结构转变，推测类富勒烯薄膜摩擦过程中，薄膜中不完整的类富勒烯球壳结构在交变的压力和剪切力下发生了交联。

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第 1 章 绪 论

1.1 前言

1.2 DLC 概述

1.3 DLC 研究进展

1.4 本论文研究内容及意义

第 2 章 DLC 薄膜在[emim]BF4中的摩擦性能

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第 3 章 极板间距对含氢 DLC 薄膜的影响

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第 4章 含类富勒烯纳米结构 DLC薄膜的摩擦行为

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录 A：攻读学位期间发表的论文