掺杂类金刚石薄膜制备及其摩擦性能的仿真研究

摘要

在分子动力学(Molecular dynamics,MD)仿真中利用高温加热和快速淬火,模拟制备出分别含有Cu或Si夹杂的类金刚石(DLC)薄膜,再通过刚性压头对表面的磨损,研究了夹杂含量(0％～30％)及位置分布(上、中、下)对材料摩擦性能的影响.仿真制备出的DLC薄膜密度为2.79 g/cm 3,sp 2、sp 3杂化比例分别为36％、62％.摩擦结果表明,对于含Si-DLC复合薄膜,Si-C原子成键影响了材料中sp 3杂化比例,造成摩擦力随着夹杂含量的增加而下降;含Cu-DLC复合薄膜中Cu与C不成键,但一定量的Cu原子能够积聚造成滚珠效应,其摩擦力随夹杂含量增加先增后减.当两种夹杂仅分布在薄膜被摩擦的表面区域时,摩擦力均随夹杂含量的增加而下降;而分布在薄膜中间或底层时,表面的形变受到结构的阻碍难于传播到稍远的中间位置或最底层,因此,当中间层和最低层的夹杂含量改变时对表面磨擦性能的影响不大.