氮化硅表面DLC膜压痕过程的分子动力学模拟.pdf

《氮化硅表面DLC膜压痕过程的分子动力学模拟.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2012年9月润滑与密封Sep．2012第37卷第9期LUBRICATIONENGINEERINGVol_37No．9DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2012．09．003氮化硅表面DLC膜压痕过程的分子动力学模拟李军古乐郑德志(哈尔滨工业大学机电工程学院黑龙江哈尔滨150001)摘要：对13一Si，N基体表面DLC薄膜压痕过程进行分子动力学模拟。压入过程模拟采用刚性球形压头与Tersof势函数，考虑薄膜密度、膜厚、压入深度和基体属性对压痕过程的影响。模拟结果显示：薄膜抗压变形能力随着薄膜密度增加而变强，随

2、着薄膜厚度增加而变弱；随压入深度增加，接触区内原子平均势能增加并转化为动能，导致温度升高，DLC膜中sp键比例和配位数为5原子数增加，薄膜硬度增加。B—Si，N基体属性对薄膜压痕特性产生影响，高硬度基体表面DLC膜的抗压变形能力更强，但随薄膜厚度增加其影响逐渐减弱。关键词：类金刚石碳膜；氮化硅；纳米压痕；分子动力学模拟中图分类号：THI17文献标识码：A文章编号：0254—0150(2012)9—010—5MolecularDynamicSimulationsofNano．indentationProcessesforDLCFilm

3、sonSiliconNitrideSubstrateLiJunGULeZhengDezhi(SchoolofMeehatroniesEngineering，HarbinInstituteofTechnology，HarbinHeilongjiang150001，China)Abstract：Thenano-indentationmechanismsforDLCfilmsonp-Si3N4substratewereinvestigatedbymoleculardynamicsimulation．Therigidballindenter

4、andTersofpotentialfunctionwereusedandtheeffectsofthefilmdensity，filmthick—ness，indentationdepth，andsubstratecharacteristicswereconsidered．Theresuhsshowthatthecompressivedeformationcapacityofthefilmisstren~henedwiththeincreasingfilmdensity，whileweakenedwiththeincreasing

5、filmthickness．Duringindentationprocesses，theaverageatompotentialenergytransferstokineticenergyandpromotestheincreasingoftemperatureinthecontactarea．Accordinglythenumberofspbondand5-coordinatedatoms，alsothecomputedhardnessvalueoffilmareincreased．Thehardnessofsubstrateor

6、ientationof3-Si3N4affectstheDLCfilmcharacteristicswhiletheeffectsareweakenedathigherthickness．ThehardersubstratewillbebettertothecompressivedeformationcapacityofthinDLCfilms．Keywords：DLCfilm；siliconnitride；nano—indentation；moleculardynamicssimulation微纳米尺度的DLC膜广泛应用于磁光存储

7、介质、分析和建模时假设工件厚度为无限。然而对于本身已光学窗口、轴承、生物医学和微电机装置中⋯。薄膜经是纳米尺度薄膜，其尺寸效应和基体对薄膜机械性在纳米尺度往往表现出与宏观尺度不同的力学性能，能的影响已经不可忽略。仅从连续介质的角度进行研究已经难以深入地了解纳分子动力学(MolecularDynamics，MD)模拟是米尺度薄膜的力学性能，必须从纳米尺度或原子水平一种有效地研究材料性能的方法，广泛应用于化学、上对其进行研究。材料科学。Nair等应用分子动力学模拟不同厚度的纳米压痕是一种广泛使用的材料性能测试方法。纳米尺度Ni薄膜压痕的

8、压痕过程，揭示了位错形成在压痕试验中，压人深度一般在纳米尺度范围，压痕的条件；Fang等通过分子动力学模拟金表面自组装膜的压痕过程，分析了压入深度、温度、白组装膜基金项目：国家自然科学基金项目(NSFC50875058)．层数、压头形