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非平衡磁控溅射制备类石墨碳膜及性能研究
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O484.1[理学—固体物理;理学—物理]
  • 作者机构:[1]中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,兰州730000, [2]中国科学院研究生院,北京100049
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:50705093,50575217)、国家自然科学基金创新群体基金(批准号:50421502)和国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB607601)资助的课题.
中文摘要:

利用中频非平衡磁控溅射技术在单晶硅基底上沉积了类石墨碳膜,采用Raman光谱、高分辨透射电子显微镜、原子力显微镜分析了薄膜微观结构和表面形貌;采用纳米压痕仪和CSM摩擦磨损试验机测试了碳膜力学性能和摩擦学性能.结果表明:利用中频非平衡磁控溅射技术沉积的碳膜是一种以sp~2键合碳为主、结构非晶、硬度适中、应力较低、表面粗糙度较大、摩擦性能优异的薄膜.脉冲占空比对薄膜微观结构和性能有显著影响,随着脉冲占空比的增大,Raman光谱D峰和G峰的强度比ID/IG先减小后增大,而硬度随脉冲占空比的增大却呈现出相反的变化趋势,即先增大后减小;大气氛围中的摩擦性能测试表明,本实验制备的薄膜具有优异的抗磨性能(~10~(-11)cm~3/N~(-1)·m~(-1))和承载能力(~2.5 GPa).随脉冲占空比的增大,薄膜摩擦系数变化甚微而磨损率却呈现先显著减小后轻微增大的变化趋势.类石墨碳膜优异的摩擦学性能主要归因于其独特的结构、较低的内应力及良好的结构稳定性.

英文摘要:

A series of graphite-like carbon films is fabricated by the middle frequency magnetron sputtering technique. The microstructures and the morphologies of the resulting films are investigated by Raman spectroscopy, high resolution transmission electron microscopy and atomic force microscopy, respectively. The mechanical and the tribological properties of the films are studied by nanoindenta- tion and CSM tribometer. The results show that the deposited carbon film is dominated by sp2 sites, and has an amorphous struc- ture, a moderate hardness, low internal stress, high surface roughness and superior tribological properties. With the increase of the duty ratio, the intensity ratio between D and G peaks first decreases and then increases, while the film hardness first increases and then decreases. Tribological testing in humid atmosphere demonstrates that the present carbon film has a superior wear resistance (,-~10-11 cm3/N-l.m-1) and high load bearing capacity (~2.5 GPa). Although the duty ratio has no obvious influence on friction coefficient, the wear rate decreases obviously and then increases slightly with the increase of duty ratio. The superior tribological properties of the graphite-like carbon film are attributed mainly to its unique structure, low internal stress and high structure stability.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
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