钢基表面磁控溅射法csic双层薄膜制备研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要本课题采用磁控溅射的方法在以GCrl5为主的基材上制各了C／SiC双层耐磨减摩薄膜：用射频磁控溅射法分别在衬底加热与不加热时首先沉积一层SiC硬膜，然后采用直流磁控溅射法在其表面沉积非晶碳膜。采用x射线衍射伍I①)和拉曼光谱(Raman)方法对薄膜结构进行表征。实验结果表明衬底不加热时制备的SiC薄膜为典型的非晶结构，在较高衬底温度下得到的SiC薄膜部分晶化，但不能形成比较好的IS-SiC结构，而双层薄膜在衬底温度为500℃时却得到了非常好的psiC结构。薄膜表层的拉曼光谱分析结果表明双层膜的表层为类金刚石结构。另外

2、，还对SiC单膜进行真空高温退火，结果表明在8∞℃以上才出现SiC晶态峰，在1000"C时薄膜主要表现为B．SiC结构，但通过退火的方法得到的SiC结构都为多种晶型的混合结构。借助扫描电镜对薄膜形貌进行观察。实验发现衬底不升温时制得的SiC单膜缺陷较多，呈现大块状的非晶SiC。衬底升温后非晶的缺陷被填满，薄膜组织较致密。加入非晶碳制成双层薄膜后，SiC薄膜被致密的非晶碳膜覆盖。SiC单膜经退火后形貌在800℃时为块状，1∞0℃时出现均匀而细小的SiC晶态颗粒，1200℃时SiC颗粒已明显长大，达到300-400rim。采用划痕仪对薄膜与基材

3、的结合力进行测试。结果表明在较低的气压沉积薄膜时，由于应力太大薄膜容易崩裂；衬底升温能增加薄膜原子的扩散有效提高膜基结合力。而SiC与C的结合则由于SiC单膜表层富si，在加入C后形成由富硅SiC到非晶碳膜的过渡，结合良好。加入Ni-P和Ⅱ中间层后薄膜与基材的结合力都有非常大的提高，能从原来的16N提高到30N以上。采用摩擦磨损实验仪对试样的摩擦学性能进行检测。试样基片原始摩擦系数为0．8-0．9，SiC单膜的摩擦系数为0．4-0．5，C／SiC双层薄膜的摩擦系数为0．1-0．2；显微硬度计测试结果显示SiC单膜的硬度最高能达到35GPa；

4、这些表明双层薄膜具备优良的耐磨减摩性能。关键词：薄膜：碳化硅；非晶碳膜；磁控溅射；摩擦磨损江苏大学硕士学位论文C／SiCfilmswithexcellentWeal"resistanceandlowfrictioncoefficientWelt'edepositedontheprimarysubstrateofGCrl5steelbymagnetronsputtering．Depositionstepswereasfollows：first,siliconcarbidefilmwasdepositedOnthe811bstratebyR．E

5、magnetronsputteringatroomtemperatureandheattoagivelltemperature，respectively．111acnthinamorphouscarbonfilmwasdeposited011SiCfilmbyD．C．magnetronsputtering．StructuresofthefilmsWereanalyzedbyX-raydiffractionandRamanspectra．TheresultsshowedthattheSiCfilmdeposited011roomtempera

6、tureWaStypicalamorphous，whilepartialcrystallinefilmswereobtainedathighsubstratetemperature．Butwell争SiCcrystallineformcouldbeobtainedintlaeC／SiCfilmswhilesiliconcarbidefilmw弱depositedat"Isof500"C．TheRamanspec舰showedthesurfacefilmwasdiamondlikecarbon(OLC)structure．Additional

7、ly,SingleSiCfilmwasannealedathightemperatureinvacuumfurnace．TheXRDresultshowedthecrystallinestructureoftheSiCinitiallyformedupto80012，thefilmWaSdominating13·SiCwhileannealedat100012，butthestrtletureofthefilmswhichobtainedbyannealingⅥre佗almostpolyerystalline．Surfacemorpholo

8、gyofthefilmwasanalyzedwithscanningelectronmicroscope(SE岣．It哪observedthatthereWaSmanydefec