非金属基底上硬碳膜镀制工艺研究

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1、西安工业大学硕士学位论文非金属基底上硬碳膜镀制工艺研究姓名：朱小琴申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：杭凌侠20080428学科：光学工程研究生签字：指导教师签字：非金属基底上硬碳膜镀制工艺研究哥、Lj姆柱眦象摘要具有高强度、高弹性模量、高抗化学腐蚀性和稳定的高温性能的趾20s陶瓷与硬碳膜组合，被广泛应用在耐磨、高温、抗腐蚀等条件苛刻的领域，是在恶劣条件下替代金属材料的首选材料；C／SiC在航空发动机、超高声速冲压发动机、航空航天往返防热系统、液体发动机和固体火箭发动机等武器装备领域，以及在先进摩擦

2、及离合器系统等刹车工业领域具有非常广阔的应用前景；本课题结合科研项目，研究相关非金属基底上硬碳膜的制备工艺，为进一步扩展硬碳膜的应用提供技术基础。在舢203、SiC和Si基底上，采用非平衡磁控溅射(UBMS)沉积了硬碳膜，分析研究了制备工艺参数与薄膜特性之间的关系。采用刻蚀方法分析研究了A1203上的硬碳膜膜层电阻率的均匀性，并初步摸索了镀制过程中掺氮对膜层性能的影响，结合拉曼光谱(Raman)对薄膜的结构进行了表征；分析研究了SiC基底上硬碳膜的显微硬度，结合强度和摩擦磨损性能；对硅基碳膜进行了退火处理

3、实验，研究了退火处理对薄膜性能的影响。研究结果表明：①采用UBMS技术在A1203陶瓷基底上制备的硬碳膜，影响其电阻率的主要工艺参数有气体流量、偏压、靶基距、靶电流和励磁电流。在同样的工艺条件下，UBMS比磁控溅射(Ms)制备的硬碳膜电阻率高一个数量级，UBMS制备的硬碳膜的附着力是Ms制备的硬碳膜的3倍。通过工艺优化，制备出电阻率为0．70Q·cm的硬碳膜，经过退火处理电阻率下降，最小值为0．63Q·cm，且具有良好的膜基结合力。掺N2实验表明，掺N2提高了膜层的导电性能，不牺牲膜层的硬度，提高了膜层的

4、耐磨性及热稳定性。②采用UBMS在烧结SiC基底上制备硬碳膜的硬度达到4513kgf／mm2；摩擦系数0．1l；2009载荷下摩擦10000转不破损。④硅基碳膜的退火实验表明，经过适当的退火工艺可将膜层应力从17．514x109Pa减d,N1．582x10SPa，电阻率从1．3lQ·cm下降到o．59Q·cm，摩擦系数从0．54下降到0．04。关键词：硬碳膜；非平衡磁控溅射；电阻率；机械性能StudyOilPreparingTechnicsofHardCarbonFilmsDiscipline：OilNo

5、nmetaISubstratesOpticalEngineeringStudentSignature：SupervisorSignature：z‰×j移移融叼>(淑ABSTRACTThehardcarbonfilmsonA1203substratearewidelyappliedinmanyindustriesforwear-resisting，thermalstabilityandcorrosionresistance．itiSthebestmaterialtosubstituteofmetalmate

6、rialbecauseoffinestrength，elasticitymoduleandanti—corrosiveness．C／SiCaregoodmaterials，SOtheycanbeusedatratioaero-engine，liquidrocketmotor(LRM)，solidrocketmotor(SRD)，scamjetmotoraswellasthermalproteCtionsystem(TPS)onre—usableshuttles，advancedfrictionandclu

7、tchsystemsofbrakeindustry．Thehardcarbonfilmsdepositedonnonmetalsubstrateswerestudiedtoextenddomainsofhardcarbonfilms．ThehardcarbonfilmsweredepositedonA1203，SiCandSisubstratesbyunbalancedmagnetronsputtering(UBMS)．Therelationshipbetweenpreparingtechnicsandf

8、ilms’propertieswasstudied．ThehardcarbonfilmsweredepositedonA1203，wejudgedthefilms’resistivityuniformitywiththesculpturemethod，mixingN2toreducetheresistivityoffilms，throughtheRamanspectrumshowedthefilms’structure．The