金刚石薄膜结合力研究

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1、金刚石涂层基体间结合力的测定*国家自然科学基金资助（10802081），中国工程物理研究院重点基金资助项目（2010Ａ0302013）作者简介：李建国（1972年3月-）男，四川武胜人，高工，主要从事金刚石薄膜制备及其应用研究，0816-2484663，E-mail：jgli3993@sina.com李建国胡文军中国工程物理研究院总体工程研究所，四川绵阳621900摘要：结合力是制约金刚石涂层工具大规模应用的关键因素之一。针对热丝化学气相沉积制备的金刚石薄膜的膜基结合力进行划痕实验，运用划痕仪所测的

2、声发射数据、摩擦力数据及光学、电子扫描划痕形貌来综合评定膜基结合力。评定结果表明，单一的声发射图谱或摩擦力曲线不能准确判定膜基结合力的表征值临界载荷，声发射图谱、摩擦力曲线与划痕形貌综合评定临界载荷结果才可信。关键词：金刚石涂层；结合强度；划痕试验；临界载荷；评定MeasurementofDiamondFilmSubstrateInterfacialAdhesionLiJianguo，HuWenjun（Instituteofsystemengineering,ChinaAcademyofEngine

3、eringPhysics，Mianyang621900）Abstract：　Theadhesionbetweendiamondfilmandsubstrateisoneofthekeyfactorslimitedthediamondcoatingtoolapplicationinalargescale.Thediamondfilmsweredepositedbyhotfilamentchemicalvapordepositiononsiliconsubstrate.Thescratchtracksm

4、adewithamicro-scratchtester(MST)werecharacterizedwithanopticalmicroscope.TheadhesionattheinterfaceofthediamondfilmsandthesubstratewerethenevaluatedbycalculatingtheacousticemissionandfrictionalforcedataobtainedwiththeMST,andtheopticalimagesmicrographsof

5、thescratches.Theresultsshowthatneitheracousticemissionspectranorfrictionforcecurvecanexclusivelydeterminetheadhesionstrength;thecriticalloadandtheinterfacialadhesioncanonlybepreciselyevaluatedbycombiningtheacousticemissionspectra,thefrictionforcecurvea

6、ndthescratchtruckmorphologies.Keywords：　Diamondfilm;Adhesionstrength;Scratchtest;Criticalload;Evaluation50　引言金刚石涂层具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数、高化学稳定性等一系列与金刚石膜相似的优异性能，因此在很多领域得到了应用。由于金刚石涂层生长过程中产生高应力，再加上本身具有的化学惰性，难以与基体形成化学键合，使得其与一些常用的基体材料难于形成强固的粘合层。金刚石涂层结合力是评价涂层质量的一项

7、重要指标，是保证涂层满足各种性能要求的基本前提，因此，提高金刚石薄膜膜基结合强度已成为当前研究的热点[1-3]。由于涂层结合力具有界面作用力和内聚力的特点，所以目前结合力测定非常困难，至今还没有准确和统一的方法[4,5]。常用方法各有局限性，其结果只能用来与结合力给定值进行相对比较，从侧面对涂层结合力予以评价，看是否达到了能够接受的水平。因此，本文从评价涂层结合力的各种测定方法入手，优选了测定硅基金刚石涂层结合力的测定方法，在此基础上，研究了典型工艺条件下结合力的变化规律51结合力测试方法一种有效的

8、结合强度测试方法应满足3个基本条件[6]。（1）膜层从基体分离，失效发生在界面；（2）力学模型简单，能得到与界面性能直接相关的力学参量，要求该参量对界面因素敏感，对非界面因素不敏感；（3）符合工况，即膜基在界面上分离是在一个较长时间过程中完成的，并非一次性破坏。目前常用检测金刚石涂层结合力的方法主要有压入法和划痕法。1.1压入法压入法是80年代初才提出作为检验结合强度的方法，80年代末将四棱锥压头（棱边引起的应力集中常使膜产生破裂）改为圆锥压头。进入90年代后压入法的