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本文基于产业化应用和改善类金刚石膜与基体结合力为目的,在大型工业用等离子体—离子束增强沉积系统中,获得了DLC膜和梯度复合DLC膜。采用了闭合场非平衡磁控溅射和90°弯管磁过滤阴极弧两种适合产业化的技术,在单晶硅基体上沉积DLC膜,研究了工艺参数对DLC膜的结构和性能的影响。为提高DLC膜与基体的结合力,采用金属离子注入技术和真空阴极弧—非平衡磁控溅射复合沉积技术,制得了Ti-DLC膜和Ti/TiN/TiCN/TiC/DLC梯度复合膜。 采用闭合场非平衡磁控溅射技术获得了高沉积率(最高3.48μm/h)、硬度11.7～14.1GPa、sp~3键含量可达43.8%、表面光滑(<2nm)的DLC膜。靶电流增加,靶的溅射能力增强,极大地增加了DLC膜的沉积率;碳离子能量增加,表面粗糙度降低,膜层中sp~3键的份数和硬度增加,与此同时膜层中的内应力随之增加,临界载荷降低。 采用90°弯管磁过滤阴极弧技术,研究了衬底偏压对ta-C膜结构和性能的影响。在衬底偏压为—75V时,即离子能量约100eV时获得了高硬度(31GPa)、低摩擦系数(0.1)的ta-C膜。90°弯管磁过滤器起到了良好的过滤效果,离子能量随偏压的增加而增加,对大颗粒优先溅射,减小了宏观颗粒的尺寸,改善了ta-C膜的表面性能。离子能量增加,表面发生石墨化,ta-C膜的硬度和弹性模量降低,但膜层的内应力亦随之降低,膜层与基体的附着强度增加,膜基结合得以改善。衬底偏压为—300V时,薄膜的综合性能最佳。 研究了钛离子注入对DLC膜结构和性能的影响,分析结果表明:钛离子注入提高了DLC膜的硬度和弹性模量,降低了表面粗糙度和摩擦系数。钛离子注入后DLC膜的应力状态发生改变,由压应力转变为拉应力。TEM和XPS分析表明,膜层中形成TiC纳米晶,高能钛离子和一部分碳原子扩散到基体中,使得DLC膜与基体的界面展宽,形成良好的界面混合,DLC膜与基体的结合力和抗磨损性得以改善。注入离子能量和剂量影响着薄膜的性能,增加注入离子剂量、降低注入离子能量,使得膜层的性能得到进一步的提高。 采用真空阴极弧—非平衡磁控溅射复合沉积技术获得了与基体(尤其是钛合金基体)结合良好的梯度复合DLC膜。膜层的硬度值是梯度过渡的,对DLC层起到了良好的支撑作用,提高了膜层的抗磨损性和附着强度。梯度复合DLC膜的表面粗糙度为12.3nm,较单层DLC膜的高,然而摩擦系数却略低于单层DLC膜,与其它沉积方法相