模具钢上a-C：H（N）膜的制备及表征

摘要

本文采用射频等离子体增强化学气相沉积(rf-PECVD)技术，以N<,2>、CH<,4>为气源，以Ar为稀释气体，在模具钢Crl2钢基底上制备掺氮类金刚石膜(a—C：H(N))。研究薄膜的结构、性能与掺氮量之间的关系。对所制备的薄膜采用拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等研究手段对样品进行成分、结构分析；利用纳米显微硬度计和摩擦磨损实验机对薄膜的机械和摩擦学特性进行研究，得到了机械性能随氮气分压变化的规律。 研究结果表明，采用射频等离子体增强化学气相沉积方法，可以在crl2钢上沉积一定厚度的a-C：H(N)，但是由于薄膜与基材之间存在较大的内应力，薄膜牢度较小，极易剥落，且不耐磨。应用离子束溅射技术在Crl2钢上预先制备Cr过渡层，然后再利用射频等离子体化学气相沉积方法，在过渡层上成功地制备了掺氮类金刚石膜。XRD表明薄膜为非晶态，并且，当其它条件一定的情况下，氮气分压对薄膜结构以及性能有很大的影响：随着N<,2>分压得增加，薄膜中C/N原子比升高，N含量增大，N-sp<'3>C键合比例上升，预示着薄膜中所含有的sp<'3>价态密度的增加。同时，与未掺入氮的类金刚石薄膜相比，掺氮类金刚石膜的硬度和弹性模量提高近一倍。研究同时发现，类金刚石中掺入氮比未掺氮的摩擦系数低，就a—C：H(N)而言，随着N含量的增加，薄膜的摩擦系数降低。

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第一章 绪论

1.1 a-C：H(N)介绍

1.2 s-C：H(N)的结构及性能

1.2.1 a-C：H(N)结构

1.2.2 a-C：H(N)的性能及应用

1.3 a-C：H(N)的制备方法

1.3.1溅射法制备a-C：H(N)膜

1.3.2化学气相沉积(CVD)法制备a-C：H(N)膜

1.3.3离子注入法

1.4 a-C：H(N)研究现状

1.5研究目的及内容

第二章 样品制备及表征

2.1实验方案

2.2基本原理

2.2.1 PECVD简介

2.2.2离子束沉积原理简介

2.3样品制备

2.3.1实验材料的选择

2.3.2基底材料预处理

2.3.3制备Cr过渡层的实验装置及实验步骤

2.3.4制备DLC的实验装置及实验步骤

第三章 a-C：H(N)结构特征分析

3.1沉积膜的拉曼光谱(Raman)

3.1.1 Raman光谱原理

3.1.2实验结果与讨论

3.2 X射线衍射谱(XRD)

3.2.1 XRD原理

3.2.2实验结果与讨论

3.3X射线光电子能谱(XPS)

3.3.1 XPS原理

3.3.2实验结果与讨论

第四章 a-C：H(N)性能分析

4.1纳米硬度分析

4.1.1纳米硬度测试基本原理

4.1.2实验结果及讨论

4.2摩擦磨损分析

4.2.1摩擦磨损测试基本原理

4.2.2实验结果及讨论

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

致谢