纳米复合薄膜nc-TiC/a-C:H的成分、结构和性能研究

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磁过滤阴极真空弧沉积技术可以过滤掉弧源产生的大颗粒和中性原子,得到无大颗粒的纯等离子束,同时保持了极高的沉积速率,制备的薄膜具有优异的性能。 采用加乙炔(C2H2)气体的磁过滤阴极真空弧技术在Si(100)上制备出具有优异综合性能(比如超高硬度、高弹性恢复率、高H/E比例和低摩擦系数)的nc-TiC/a-C:H纳米复合薄膜。分别利用能量色散谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、纳米力学探针和摩擦磨损试验机对纳米复合薄膜进行表征。 研究结果表明,通过改变乙炔气体流速、过滤线圈电流或基体负偏压,可以改变纳米复合薄膜的成分、结构、形貌、机械和摩擦性能。通过一系列实验,找出制备纳米复合薄膜的最佳实验参数:当乙炔气体流速为20sccm、过滤线圈电流为2.5A并且基体负偏压为-200V时,纳米复合薄膜具有超高硬度(66.4GPa)、高H/E比例(0.13)和高弹性恢复率(83.3%)。XPS和Raman分析表明:当纳米复合薄膜具有超高硬度时,薄膜含有更多sp3-C键,形成刚硬的三维结构。同时,HRTEM和XRD结果证实:TiC晶粒为纳米晶,并且薄膜具有TiC晶粒被非晶相a-C:H包覆的结构。
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