磁过滤直流真空阴极弧沉积类金刚石膜的结构和力学性能研究

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1、磁过滤直流真空阴极弧沉积类金刚石膜的结构和力学性能研究祝土富，沈丽如，徐桂东（核工业西南物理研究院，成都610041）[摘要]采用磁过滤直流真空阴极弧沉积技术在不锈钢基体上制备了类金刚石（DLC）膜。利用光学显微镜、台阶仪、X射线光电子能谱、Raman光谱、显微硬度计、摩擦磨损仪、洛氏硬度计检测了薄膜的表面形貌、厚度、结构和相关力学特征。结果表明，膜中仍然存在着um级的大颗粒分布，膜厚为290nm，sp3键含量较高，在空气中的摩擦系数约为0.25，耐磨性能优良，膜与基体的结合性能良好。[关键词]磁过滤真空阴极弧；D

2、LC膜；结构；摩擦磨损性能Micro-structureandMechanicalPropertiesofDiamond-likeCarbonFilmsDepositedbyDCFilteredCathodicVacuumArcTechnologyZHUTufu,SHENLiru,XUGuidong(SouthwesternInstituteofPhysics,chendu610041,China)[Abstract]Diamond-likecarbon(DLC)filmsweredepositedonstainl

3、esssteelsubstratebyDCfilteredcathodicvacuumarctechnology.ThestructureandmorphologyofthefilmswerestudiedbyX-rayphotoelectronspectroscopy(XPS),Ramanspectroscopeandopticalmicroscope.Thethicknessofthefilmswasmeasuredbysurfaceprofilometer.Themechanicalpropertieswer

4、einvestigatedbyball-on-disktribometer,microhardnesstesterandRockwellapparatus.Theresultsshowedthattherewerestillsomelargeparticulateswithmagnitudeofmicronsexistedinthefilms.Thethicknessofthefilmswas290nm.Thecontentofsp3bondingcarbonatomswasquitehigh.TheFrictio

5、ncoefficientofthefilmswasabout0.25.Thefilmsexhibitedexcellentwearresistance.Theadhesionofthefilmstosubstratewasverywell.[Keywords]filteredcathodicvacuumarc;DLCfilms;structure;frictionandwearbehaviour1．引言类金刚石（DLC）膜是一种含有大量sp3键的亚稳态非晶碳薄膜，碳原子间主要以sp3和sp2杂化键结合，sp3键的含

6、量越多，薄膜的性能就越接近于金刚石。DLC膜具有和金刚石几乎一样的特性：高硬度、耐磨损、高表面光洁度、高电阻率、优良的场发射性能，高透光率及化学惰性等,它的产品广泛应用在机械、电子、光学和生物医学等各个领域。DLC膜的沉积温度低、表面平滑，具有比金刚石膜更高的性价比,在相当广泛的领域内可以代替金刚石膜，自80年代以来一直是镀膜技术领域研究的热点。制备DLC膜的主要方法有：离子束沉积法(ionbeamdeposition(IBD))、磁控溅射沉积法(magnetronsputteringdeposition(MSD)

7、)、真空阴极弧沉积(cathodicvacuumarcdeposition(CVAD))法、脉冲激光沉积法(pulsedlaserdeposition(PLD))、等离子体增强化学气相沉积法(plasmaenhancedchemicalvapordeposition(PECVD))等。真空阴极弧沉积由于具有离化率高、沉积速率高、沉积离子能量高、膜基结合力好、沉积温度低、可通过在基体上加负偏压使沉积能量在大范围内可调节等优点,广泛应用于超硬膜的制备。但是阴极弧放电剧烈,不但产生高密度的等离子体,而且产生大量尺寸为0.

8、1—10um的宏观粒子。这些大颗粒镶嵌在薄膜或散布于薄膜表面,大大降低了薄膜的物化性能。磁过滤真空阴极弧(FilteredCathodicVacuumArcDeposition(FCVAD))是在真空阴极弧技术基础上发展起来的，通过磁过滤器后等离子体中的大颗粒及中性粒子将被滤除,只有离子能够沉积到基体上,从而克服了沉积过程中大颗粒对薄膜质量的损害，所制备的薄