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有机物修饰Si衬底上类金刚石膜的制备及摩擦性能研究

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第一章绪论

1.1类金刚石薄膜概述

1.1.1类金刚石薄膜的组成和分类

1.1.2类金刚石薄膜的制备

1.1.3类金刚石薄膜的表征

1.1.4类金刚石薄膜的性能

1.1.5类金刚石薄膜的应用

1.2本论文的研究工作

1.2.1选题的意义

1.2.2硬盘的结构

1.2.3实验设计和DLC薄膜制备方法的选择

第二章磁过滤阴极弧法制备DLC薄膜

2.1磁过滤阴极弧简介

2.1.1阴极弧简介

2.1.2阴极弧工作的原理

2.1.3宏观离子过滤装置

2.1.4磁过滤阴极弧(FCVA)沉积的特点

2.2实验设计及数据分析

2.2.1有机薄膜的制备

2.2.2 DLC薄膜的制备及其特性分析

第三章微波电子回旋共振等离子体沉积法制备DLC薄膜

3.1微波电子回旋共振等离子体沉积方法简介

3.1.1微波电子回旋共振等离子体源的特点

3.1.2微波电子回旋共振等离子体的基本原理

3.1.3 MW-ECRCVD等离子体技术在材料科学中的应用

3.2本研究所用仪器简要说明

3.2.1微波源系统组成及技术指标

3.2.2微波源工作原理

3.3 DLC薄膜的制备

3.3.1有机薄膜的制备

3.3.1 DLC薄膜的制备

第四章DLC薄膜的结构和性质分析

4.1薄膜的沉积速率

4.2 DLC薄膜的化学结构表征

4.2.1.DLC薄膜的Raman分析

4.2.2.DLC薄膜的XPS分析

4.3 DLC薄膜的摩擦学特性

第五章添加有机过渡层后的DLC薄膜的结构和性质分析

5.1薄膜的化学组分表征

5.1.1 C1s谱分析

5.1.2 Si2p谱分析

5.2薄膜的表面形貌表征

5.3薄膜的摩擦学性能

5.4薄膜的硬度测试

第六章总结与展望

6.1.总结

6.2.展望

参考文献

致谢

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摘要

简要介绍了类金刚石薄膜(DLC)的分类、制备、性能及应用;叙述了有关磁过滤阴极弧沉积(FCVA)和微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积(MW-ECRCVD)两种制备方法;用这两种镀膜方法制备有机薄膜/DLC复合薄膜,有机过渡层选用了两种,分别为3-Aminopropyl-triethoxysilane(APS)和N′-[3-(Trimethoxysilyl)-propyl]diethylenetriamine(TA)。 先进行无有机过渡层DLC薄膜的制备,找到最佳沉积条件,然后在此条件下进行有机薄膜/DLC复合薄膜的制备,考察有机过渡层对DLC薄膜摩擦学性能的影响。利用Raman光谱和X射线光电子能谱(XPS)对FCVA和MW-ECRCVD制备的DLC薄膜结构进行了分析,证明制备的薄膜为DLC薄膜。在UMT-2MT型摩擦磨损试验机上,采用往复运动形式考察了有机过渡层/DLC复合薄膜摩擦磨损性能。利用原子力显微镜观察了薄膜的表面形貌,同时测试了薄膜的硬度。实验结果如下所示。 (1)FCVA法沉积的有机薄膜/DLC复合薄膜的结构与DLC薄膜无区别,薄膜与衬底结合极差,有机过渡层在复合薄膜中的作用没有达到预期效果。 (2)MW-ECRCVD法沉积的有机薄膜/DLC复合薄膜的结构不同于同条件下沉积的DLC薄膜,有X射线入射角变角度的测量方式证明有机物的存在;APS和TA过渡层改善了DLC薄膜表面,表面均方根粗糙度从0.198nm减小到0.114nm;APS有机过渡层使DLC薄膜的磨损寿命大幅度增加,从210s增加到3.3×10<'4>S,而TA有机过渡层则起到了相反的作用,寿命从210s减少到75s;有机过渡层.APS和TA都使DLC薄膜的硬度和弹性模量增加。

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