Al2O3基体表面超纳米金刚石薄膜制备及性能研究

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超纳米金刚石薄膜既具备普通金刚石的高硬度和弹性模量、极好的耐磨性和化学稳定性,同时还具有非常优异的表面性能:较低的表面粗糙度和摩擦系数。在机械系统的固体润滑、微机电系统以及生物医学工程方面得到广泛应用。选用恰当的基体表面预处理方法、合适的制备工艺条件得到的超纳米金刚石薄膜在陶瓷上作为耐磨层显现出更优异的机械性能,作为一种新型的纳米材料成为研究热点。   论文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术,以Ar+CH4+CO2作为反应气体,采用不同的工艺条件在氧化铝陶瓷基底上制备出性能优异的超纳米金刚石薄膜,并对制备的薄膜进行各种表征分析及机械性能测试。主要研究了基体表面预处理方法,微波功率、沉积压力、Ar含量等工艺参数对超纳米金刚石薄膜物相成分、表面形貌以及粗糙度的影响,确定了制备氧化铝基超纳米金刚石膜的最佳工艺条件;分析了沉积压力、Ar含量对薄膜硬度、膜基结合力的影响;比较了超纳米金刚石膜与基体的耐磨性:最终制备的超纳米金刚石膜的平均粗糙度为10nm左右,摩擦系数为0.09198,远小于基体材料的摩擦系数,其中薄膜与基体的结合力达到最高的14.1N、硬度为60GPa、且超纳米金刚石薄膜对偶件的磨损率比Al203基体低近2个数量级,综合来说,制备的超纳米金刚石膜具有极其优异的耐磨性,在陶瓷表面作为改性涂层可显著提高基体的耐磨性。
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