【摘 要】
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类金刚石碳（DLC）膜是具有高硬度、高化学惰性、高耐磨性等优异性能的薄膜材料,在许多不同领域有着一定应用规模和发展前景。但目前类金刚石薄膜在某些特定应用上仍存在制约进一步发展的缺点,如作为电极材料时较高的电阻率以及作为摩擦防护薄膜时较高的残余应力导致的破坏。本课题采用近年来新兴的高功率脉冲磁控溅射技术在304不锈钢及单晶硅片上制备了DLC薄膜,并尝试通过工艺参数（沉积温度及基体偏压）调整和钛、铜金
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类金刚石碳（DLC）膜是具有高硬度、高化学惰性、高耐磨性等优异性能的薄膜材料,在许多不同领域有着一定应用规模和发展前景。但目前类金刚石薄膜在某些特定应用上仍存在制约进一步发展的缺点,如作为电极材料时较高的电阻率以及作为摩擦防护薄膜时较高的残余应力导致的破坏。本课题采用近年来新兴的高功率脉冲磁控溅射技术在304不锈钢及单晶硅片上制备了DLC薄膜,并尝试通过工艺参数（沉积温度及基体偏压）调整和钛、铜金属元素共掺杂两种方式来改善类金刚石薄膜的性能。采用了扫描电镜、拉曼光谱仪、电化学工作站等分析测试仪器来探究薄膜成分结构、综合性能以及不同制备条件对薄膜性能影响的机理。温度及基体偏压对类金刚石薄膜性能影响研究表明:当沉积温度自100℃升高到300℃时,薄膜表面形貌变得较疏松,DLC膜中sp~2键合碳含量上升膜发生石墨化,薄膜的表面接触电阻下降结合强度提升,而硬度及耐腐蚀性下降。当基体偏压自0逐渐增加至-400 V时,膜表面致密化程度提高,薄膜sp~2/sp~3键比值先下降后上升,表面接触电阻下降而耐腐蚀性提高。在-400 V偏压和100°C下沉积的DLC膜具有较低的接触电阻,最高的硬度和优异的抗腐蚀能力。钛铜共掺杂对类金刚石薄膜性能影响研究表明:随着掺杂金属含量的上升,薄膜表面颗粒团簇尺寸及缺陷数量有所增加。约10 at.%的Ti掺入DLC膜后形成Ti C晶体,Cu掺杂含量为2.5 at.%时溶解在膜中,大于等于7.1 at.%时膜中出现Cu晶体。DLC膜的sp~2/sp~3键比值随Cu掺杂含量的增加而增加,膜的残余应力则随之降低,膜基结合强度相应增强。在Ti、Cu共同掺入DLC薄膜后由于形成Ti C晶粒摩擦系数及磨损率有所上升,但继续增加Cu掺杂含量由Cu带来的润滑作用及下降的内应力DLC薄膜的摩擦系数和磨损率均得到改善,在Ti9.7Cu15.8-DLC中得到最佳的摩擦学性能。
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