退火温度对a-Si:C薄膜结构及摩擦学性能的影响

摘要

以高纯SiC作为靶材,C_(2)H_(2)和Ar作为源气体,采用脉冲反应磁控溅射技术制备了a-Si:C薄膜,并对薄膜进行大气环境中不同温度退火处理(25~500℃),分析探索了退火温度对于a-Si:C薄膜形貌、微结构、力学性能和摩擦学行为的作用规律以及a-Si:C薄膜的摩擦磨损机理.研究发现:退火温度较低时(≤200℃),a-Si:C薄膜的结构几乎不变,硬度(H)和弹性模量(E)先增加后减小,内应力线性增加,相应地,薄膜的磨损率先减小后增加.此外,由于石墨化转移层的形成,薄膜的摩擦系数减小.在300℃下退火,薄膜的结构仍未发生明显变化,内应力、H和E稍微降低,摩擦系数稍微增加,磨损无显著变化;400和500℃退火后,薄膜发生了石墨化和氧化,结构出现明显变化,摩擦性能提高.分析表明,大气环境中不同温度退火后薄膜结构、力学性能的变化以及摩擦过程中转移层的形成保证了薄膜良好的摩擦学特性,相关结果为a-Si:C薄膜的结构性能调控和工程应用提供了参考.