偏压对类石墨非晶碳膜结构和机械性能的影响.pdf

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1、第33卷第2期天津师范大学学报(自然科学版)Vo1．33No．22013年4月JournalofTianjinNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Apr．2013文章编号：1671—1114(2013)02—0029—05偏压对类石墨非晶碳膜结构和机械性能的影响张学谦一，黄关东，柯培玲z，汪爱英z(1．天津师范大学物理与电子信息学院，天津300387；2．中国科学院宁波材料技术与工程研究所表面工程事业部，浙江宁波315201)摘要：采用高功率脉冲磁控溅射法在Si和高速铜基底上制备类石墨(Graphite—likecarbon，GLC)非

2、晶碳膜，研究了基底偏压对薄膜微观结构、机械性能和摩擦学性能的影响．结果表明：随着基底偏压的增大，GLC薄膜spz键含量先减小后增大，在基底偏压为一100V时达到最小值；薄膜的硬度和弹性模量先增大后减小，表面粗糙度先减小后增大：GLC薄膜的摩擦学性能与其机械性能和表面粗糙度密切相关，在基底偏压为一100V时，薄膜的平均摩擦系数最小．关键词：高功率脉冲磁控溅射；类石墨非晶碳膜；基底偏压；微观结构；摩擦性能；机械性能中图分类号：TG174．45文献标志码：AEffectofsubstratebiasvoltageonstructureandmechanicalpropertiesof

3、graphite—likecarbonfilmsZHANGXueqian，HUANGMeidong，KEPeiling，WANGAiying(1．CollegeofPhysicsandElectronichformationScience，TianjinNormalUniversity，Tianjin300387，China；2．DivisionofSurfaceEngineeringandRemanufacturing，NingboInstituteofMaterialTechnologyandEngineeringChineseAcademyofSciences，Ningb

4、o315201，ZhengjiangProvince，China)Abstract：Graphite—likecarbon(GLC)filmswerepreparedonthesubstratesofsiliconandhighspeedsteelbyusinghighpowerimpulsemagnetronsputtering(HIPIMS)techniquedepositionsystemtostudytheeffectsofsubstratebiasvoltagesonitsmicrostructure，mechanicalpropertiesandtribologic

5、alproperties．Theresuhsshowthatthesp。contentinthefilmdescendsfirstandthenascendswithincreaseofthesubstratebiasvoltages，andreachestheminimumwhenthebiasis一100V．Thehardnessandelasticmodulusascendfirstandthendescend，whilethesurfaceroughnessdescendsfirstandthenascends．Whenthebiasis-100V，thehardnes

6、sandelasticmodulusreachthemaximumandthesurfaceroughnessreachestheminimum．Thetribologicalpropertiesarecloselyrelatedwiththemechanicalpropertiesandsurfaceroughness，andtheaveragefrictioncoeficientreachestheminimumwhenthebiasis一100V．Keywords：HIPIMS；graphite—likecarbonfilm；substratebiasvoltage；mi

7、crostructure；tribologicalproperty；mechanicalproperty1971年，美国科学家Aisenberg和他的团队首DLC薄膜可以有效降低薄膜的内应力，且在高载次利用离子束沉积技术在室温下制备出类金刚石荷摩擦过程中表现出优异的摩擦性能l5_，这种高(Diamond—LikeCarbon，DLC)非晶碳膜l】I，由于DLCsD键含量的非晶碳膜称为类石墨(Graphite—Like薄膜具有高硬度、低摩擦系数和良好的生物相容Carbon，GLC)薄膜．性，吸