温度对类富勒烯碳氮薄膜微观结构与摩擦学性能的影响

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1、温度对类富勒烯碳氮薄膜微观结构与摩擦学性能的影响冯兴国杨拉毛草周晖张凯峰万志华胡汉军迩玉刚张文晶霍丽霞兰州空间技术物理研宄所真空技术与物理国防科技重点实验室采用直流反应磁控溅射分别在200、250、300和350aC条件下沉积类富勒烯碳氮薄膜，利用X射线光电子能谱（XPS）和扫描电子显微镜（SEM）表征薄膜的微观结构形貌，采用薄膜综合性能测试仪以及通过大气球盘摩擦试验研宂薄膜的力学性能及摩擦学性能。结果显示:制备的类富勒稀CNX薄膜中存在sp2C-C、sp2N-C和sP3C-N化学键;随着沉积温度的升高，薄膜的结构变得更加致密，硬度、弹性

2、模量以及弹性恢复系数逐渐增大，摩擦因数和磨损率降低;沉积温度为350°C制备的薄膜摩擦因数和磨损率最低，表现出优异的耐磨损性能。关键词：磁控溅射;类宮勒烯;鵬摩檫学性能;冯兴国（1983一），男，，研究方向为固体润滑薄膜.E-mail:fengxingguol0@163.com.周晖（1972—），女，，研宄员，研宄方向为固体润滑、材料表面改性.E-mail:zhouhuilz510@163.com.2017-08-09基金：真空技术与物理国防科技重点实验室基金项目（9140C550105150C55）InfluenceofDeposit

3、ingTemperatureonStructureandTribologicalPropertiesofFullerene-likeCNxThinFilmsFENGXingguoYANGLamaocaoZHOUHuiZHANGKaifengWANZhihuaHUHanjunZHENGYugangZHANGWenjingHUOLixiaScienceandTechnologyonVacuumTechnologyandPhysicalLaboratory，LanzhouInstituteofPhysics;Abstract：CNxthinfi

4、lmsweredepositedat200、250、300and350°CbyDCmagnetronsputtering.X-raydiffraction(XRD)andSEMwereusedtoanalyzethemicrostructureandcross-sectionmorphology.Themechanicalandtribologicalbehaviorswereevaluatedbynano-indentationandball-ondiscinstrumentstester.Theresultsshowthatthefu

5、llerene-likefilmaspreparediscomposedofsp2C~C,sp2N-Candsp5C'N，andwiththeincreasingdepositiontemperature,themicrostructureofthefullerene-likefilmbecomedenser,thehardness,modulusandelasticrecoveryarcincreased,whilethefrictioncoefficientandwearratearcdecreased.Thefilmdeposite

6、datthetemperatureof350°Chasalowerfrictioncoefficientandwearrate,showingexcellentwearresistance.Keyword：magnetronsputtering;fullerene-likefilms;hardness;tribologyperformance;Received：2017-08-091995年，SJSTRM等XU利用磁控溅射法制备了非晶CNX薄膜，并利用高分辨率透射电子显微镜观察其内部结构，发现其石墨基准面呈弯曲状，称之为类富勒烯结构。此后

7、，类富勒烯薄膜的微观结构和性能引起丫越来越多学者的关注[2-7]。美国卡耐基梅隆大学BR01TMAN等M在150°C、-25V偏压下采用磁控溅射制备的纯C薄膜中类富勒烯结构不明显，在450°C、氮含量为16%(体积分数)条件下制备的非晶态CX薄膜为类富勒烯结构。ELORES等这1采用磁控溅射在N2环境下溅射石墨靶，获得类富勒烯纳米洋葱结构薄膜。中国科学院兰州化学物理研宄所王霞等人研宄了类富勒烯碳氮薄膜与不同偶件对磨时的摩擦学行为。FERNANDEZ等UU研究了沉积温度对形成类富勒烯薄膜的影响，研究发现在较高的温度下更易形成类富勒烯结构，当

8、沉积温度低时，原子（分子）的迁移率将会降低，影响类富勒烯结构的形成。ULK1CH等［12］研究发现，与纯碳薄膜相比，N的加入使得在较低的沉积温度下就能促进类富勒烯结构的形成。虽然国内外学者对类