CVD金刚石涂层用于海洋密封材料的制备与应用.pdf

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4、号：10490学号：201201028密级公开WuhanInstituteOfTechnology硕士学位论文CVD金刚石涂层用于海洋密封材料的制备与应用学科专业：材料物理与化学研究生：张玮指导教师：满卫东教授培养单位：材料科学与工程学院ThePreparationandApplicationofCVDDiamondCoatingsforMarineSealAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterMajor：MaterialsPhysicsCandidate：ZhangWeiSupervisor：ManWeidong摘要摘要化学气相沉

5、积（Chemicalvapordeposition,CVD）金刚石薄膜有着优异特性，例如高硬度、弹性模量大、耐磨性强以及稳定的表面化学性等等，是目前研究较为热门的材料之一。目前金刚石薄膜被广泛应用在切屑刀具、微机电系统(MEMS)、密封材料、表面声波器件、生物医学应用等领域。本研究利用直流辉光放电等离子体CVD装置，在硅和碳化硅衬底材料，对CVD纳米金刚石薄膜、微米金刚石膜和纳米/微米（NCD/MCD）复合薄膜的生长工艺和金刚石膜制备、摩擦性能试验及其静密封性能进行研究。探究甲烷浓度、沉积温度、氩气含量等对金刚石生长的影响。采用扫描电镜、拉曼光谱仪、原子力显微镜、透

6、射电镜对薄膜的表面形貌、结构成分进行表征。主要工作如下：1、研究了甲烷浓度对金刚石膜表面形貌的影响，结果表明甲烷浓度从1%，~9%，沉积的金刚石表面形貌发生变化。随着甲烷浓度的增加，晶粒尺寸也是先增大再逐渐减小为纳米级。2、研究了沉积温度对金刚石膜表面形貌的影响，结果表明当金刚石膜的生长温度700℃时，金刚石薄膜表面呈现菜花状的纳米金刚石结构；当温度上升到800℃时，金刚石膜表面以方块状晶粒形状为主；随着温度的继续上升到900~1000℃时，金刚石膜表面则出现棱角分明的晶型；当温度继续上升到1100℃，金刚石膜表面晶型已不规整。3、氩气的引入对等离子体球形体和沉积薄

7、膜产生影响。当Ar含量占H2比1%-5%时，等离子体球能保持稳定；当氩气含量占H2超过20%时，等离子体球消失。氩气的加入会使微米金刚石膜晶粒产生缺陷，增强纳米金刚石膜的金刚石二次形核。4、系统研究了三种不同结构的金刚石膜的机械性能，本实验结果表明：微米金刚石膜的薄膜结合力很高，但它较大的晶粒和粗糙的表面也导致了微米金刚石膜摩擦系高。纳米金刚石膜晶粒小，薄膜表面光滑摩擦系数低。但由于薄膜中存在大量晶界和非晶相，导致其薄膜结合力非常差，无法用于实际工作。只有微米/纳米结构的金刚石膜既有着光滑的表面较低的摩擦系数，又有着很高的薄膜I武汉工程大学硕士学位论文结合力强度