汲大朋[1]2007年在《电化学法沉积类金刚石膜的研究》文中指出类金刚石膜(DLC)具有许多优异的性能，包括高耐磨性、低摩擦系数、热稳定性、优良的光学性能、高阻抗值、良好的生物相容性等等，使其在很多领域具有相当的应用前景。类金刚石膜的制备分为气相法和液相法，气相法的发展较早，工艺成熟；而液相法是一种新方法，是当今该领域研究热点，与气相法相比存在着沉积温度低、实验重复性好、便于大面积沉积以及易于实现工业化等优点，因此在液相法沉积类金刚石薄膜方面做一些探索性的工作非常必要。本实验使用液相沉积法成功的在Si(100)和ITO镀膜玻璃表面沉积了类金刚石薄膜。采用的制备工艺较传统的液相法不同，本实验的工艺为：①采用恒电压和变电压工艺在阴极为Si(100)和ITO玻璃的基体表面制备了类金刚石薄膜；②采用变电压工艺在阳极为Si(100)的基体表面制备了类金刚石薄膜。在样品检测阶段除了对薄膜的构成成份和结构进行分析以及表面形貌表征以外，还对薄膜的电学性能进行了测试。本文首先应用电子探针(EPMA)对制备的薄膜进行元素分析，证明薄膜为碳元素构成：应用傅立叶红外光谱(FTIR)和拉曼光谱(Raman)对薄膜进行结构分析，证明本实验制备的所有碳膜均为含H的类金刚石薄膜，即a-C∶H；应用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)对薄膜进行形貌表征，得出ITO玻璃表面的DLC形貌优于Si表面的结论：应用Princeton 283恒电位仪和model 1025锁相放大器对薄膜进行交流阻抗谱分析，薄膜的交流阻抗值＞10~8Ωcm~2，表明本实验制备的DLC膜可以作为化学介质中良好的耐腐蚀涂层。根据对实验过程的理解和检测结果的分析，本文对实验的机理进行了重新的讨论，推导了液相法在阳极和阴极生长类金刚石薄膜的方程式，该方程式符合实验现象和Raman、FTIR的分析结果。
张茹芝[2]2004年在《氟化类金刚石膜的制备、结构和性能的研究》文中提出本文尝试了以CHF_3、CH_4／CHF_3和C_2H_2／CHF_3为源气体，利用微波ECR等离子体源离子注入技术和等离子增强化学气相沉积技术来制备氟化类金刚石膜的方法，并对DLC薄膜和FDLC薄膜的结构和性能进行了分析和比较。 研究了源气体的种类及流量比、微波功率、高压脉冲宽度、工作时间、工作温度、沉积偏压和不同基体等工艺参数对薄膜的结构和性能的影响，在此基础上，将PSⅡ和CVD两种工艺相结合，选择CH_4／CHF_3为源气体，同时采用等离子体源离子注入技术，以CH_4为源气体，制备类金刚石膜作为薄膜与不锈钢基体之间的过渡层，制备了综合性能良好的氟化类金刚石膜，这种工艺是相对最优的制备氟化类金刚石膜的方法。 论文采用傅立叶变换红外吸收光谱、拉曼光谱、俄歇电子光谱、电子能谱和原子力显微镜等方法对所制备薄膜的结构和表面形貌进行了分析，分析结果表明：(1)实验所得的氟化类金刚石薄膜是非晶态膜，具有典型的类金刚石结构，表面粗糙度要低于类金刚石膜。(2)氟化类金刚石膜主要由-CH，-CH_2，-CF，-CF_2，-CF_3及少量的C=C、-CF_x组成。(3)源气体种类和流量不同，制备的薄膜结构不同。(4)不锈钢基体上制备的薄膜内部F浓度最大，而硅片上制备的薄膜表面F浓度最大。 论文还通过测量薄膜与水的接触角来研究薄膜的憎水性能；用划痕法、摩擦磨损测试对薄膜结合力进行评估；通过动电位扫描法测极化曲线法来考察薄膜的耐蚀性能。研究结果表明：(1)CH_4／CHF_3流量比为1：3时，薄膜接触角最大，远远高于同流量比下C_2H_2／CHF_3制备的薄膜的接触角；薄膜的接触角还随着微波功率、高压脉冲宽度、沉积偏压、工作时间的增大和基体温度的降低而增大。(2)氟化类金刚石膜具有结合力强、硬度高、耐蚀性能好的优点。
黄世友[3]2013年在《类金刚石膜应用于正畸托槽及弓丝生物学及摩擦性能的实验研究》文中指出研究目的不锈钢、镍钛合金作为正畸托槽及弓丝的制造材料已经应用多年，但这些合金表面耐磨性差，摩擦系数高，易被氟化物腐蚀并析出离子，这些缺点可通过表面处理技术加以改善。类金刚石（DLC）膜具有良好的生物相容性和优异的摩擦学性能，是理想的生物涂层材料，其在工业领域的应用研究已广泛开展，在生物医学领域的临床研究也获得了重大进展。本课题拟通过在正畸托槽及弓丝表面研制类金刚石膜，并评估类金刚石膜对正畸托槽-弓丝表面生物学行为及摩擦磨损性能的影响，从而为类金刚石膜改性技术在口腔正畸领域应用提供实验依据。研究方法1.采用封闭式电子回旋共振（MCECR）等离子体溅射技术在正畸不锈钢（316Lstainless steel）表面制备类金刚石膜，利用Pin-on-Disk标准摩擦磨损试验机研究薄膜的摩擦磨损性能，以寻找在托槽、弓丝上制备类金刚石膜的最佳镀膜工艺参数。2.选用变形链球菌（S. mutans）在DLC薄膜表面进行细菌粘附对比试验，以及人牙周膜细胞（HPDLC）在DLC薄膜表面进行细胞粘附、增殖对比试验（MTT比色实验），以测试DLC薄膜的抗菌性能和生物安全性。3.设计、建造口腔正畸微振动摩擦磨损测试系统，模拟正畸牙移动方式，以及托槽-弓丝接触的扭转、转矩变化，以测试托槽-弓丝间动态摩擦力。4.在正畸镍钛弓丝表面制备类金刚石膜，对镀膜弓丝及传统弓丝在含氟环境下抗腐蚀及摩擦磨损性能进行比较研究。5.在不锈钢托槽及弓丝表面制备类金刚石膜，利用自主研发的正畸微振动试验机，测试托槽-弓丝间的摩擦行为。测试运行参数设置为：载荷1N，频率0.5Hz，位移振幅±150μm。表面制备类金刚石膜的托槽、弓丝和传统的托槽、弓丝组成多种摩擦组合，分别在干燥环境和人工唾液环境条件下进行了摩擦磨损性能的测试。采用扫描电子显微镜（SEM）对测试后托槽及弓丝表面磨痕进行观察分析。研究结果1.与无膜不锈钢相比较，表面制备类金刚石膜的316L不锈钢摩擦系数明显降低，薄膜平均磨损寿命达8000圈，表现出优异的摩擦磨损性能。2.人牙周膜细胞在类金刚石膜表面生长情况好于不锈钢表面，细胞更扁平，铺展更好，类金刚石薄膜表面对人牙周膜细胞表现出更好的生物相容性；此外，与不锈钢表面相比较，变形链球菌在类金刚石膜表面粘附和增殖明显减少。3.成功研发了一套正畸微振动摩擦磨损测试系统，可以在一定程度上模拟复杂的托槽-弓丝接触状况，进行正畸摩擦力的体外实验研究。4.与传统弓丝比较，制备类金刚石膜的镍钛弓丝在高氟离子环境中浸泡后表面粗糙度无明显改变，证实了类金刚石膜优异的抗腐蚀性能。摩擦试验结果显示，无论在干燥环境或人工唾液环境，类金刚石膜明显降低了托槽-弓丝间摩擦系数，减轻了磨损。5.无论在干燥或人工唾液环境下，与传统弓丝比较，制备类金刚石膜的不锈钢弓丝明显降低了托槽-弓丝间摩擦系数；但制备类金刚石膜的不锈钢托槽并没有降低托槽-弓丝间摩擦系数。显微照片分析可知，类金刚石膜明显减轻了弓丝表面的接触磨损，同时，显微照片也显示了托槽槽沟边沿存在明显的不规则嵴状突起等加工缺陷，这些应力集中区的嵴状突起使其在摩擦接触时无法形成摩擦转移膜，因而类金刚石膜在此无法起到降低托槽摩擦力及减轻磨损的作用。结论1.在正畸不锈钢表面成功制备了类金刚石膜，类金刚石膜对人牙周膜细胞具有良好生物相容性，并表现出抵抗变形链球菌粘附的能力，是理想的生物医学材料。2.正畸微振动摩擦测试系统的成功研发，为精确测量托槽-弓丝间摩擦力提供了测试手段。3.类金刚石膜推荐作为镍钛弓丝的涂层材料，可提高弓丝在含氟环境中的抗腐蚀能力并改善摩擦性能。4.不锈钢弓丝表面制备类金刚石膜可明显降低摩擦系数并减轻磨损；然而，在目前的托槽表面制备类金刚石膜并不能改善托槽的摩擦性能，托槽槽沟边沿需改善设计及加工工艺。总之，具有良好生物相容性和优异物理化学性能的类金刚石膜将广泛应用于口腔生物医学领域。
刘军[4]2017年在《利用射频磁控溅射法制备类金刚石膜》文中研究表明类金刚石膜性能优良,硬度高,膜表面光滑,摩擦系数小,耐腐蚀,生物相容性好。目前广泛应用于核反应堆的润滑层、潜艇的耐腐蚀保护层、航空器件的固体润滑剂,手机屏幕保护膜,眼镜的增透保护膜等领域,是21世纪不可或缺的战略型材料之一。但目前我国对类金刚石膜领域的研究较少,实用性专利匮乏,尤其是可借鉴的类金刚石膜的成熟的制备工艺相当有限,因此本论文着重探索磁控溅射方法制备类金刚石膜的最佳工艺条件及其相关方面的应用。本文第一部分采用射频磁控溅射法在(100)硅片上制备类金刚石膜。磁控溅射法制备类金刚石膜具有沉积速率高,膜基结合力大,沉积温度低等优点。通过拉曼测试结果探究基底温度、射频功率、工作气压、基板偏压对类金刚石膜的影响,结果表明:在射频功率为120 W,基板偏压为-100 V,基底温度为室温条件,工作气体为氩气,工作气压为1.0 Pa时制得的薄膜中含有的sp3杂化键含量更高。探究工艺参数对类金刚石膜表面形貌的影响时,利用扫描电子显微镜观察在不同基板偏压和基底温度下制得薄膜表面的光滑程度,结果表明:在其他工艺参数不变的情况下,基底温度为室温条件,基板偏压为-100 V时,制得的薄膜表面最为光滑。文章第二部分采用射频磁控溅射法在镍钛(NiTi)正畸弓丝上制备类金刚石膜。NiTi形状记忆合金是一种应用十分广泛的医用植入材料,但NiTi合金表面粗糙,在植入人体后,易与体内组织器官摩擦,产生磨屑颗粒,引起临近组织的炎症性反应;而且NiTi合金在体内复杂的物理化学环境背景下极易被腐蚀,析出镍离子或者镍盐,有潜在的致癌风险,这一系列的弊端限制了NiTi合金在临床上的应用。为更好的在临床上应用NiTi合金,对其进行表面处理,成为人们关注的热点问题。类金刚石膜性能优越,膜表面光滑,能有效防止镍离子的析出,弥补了NiTi合金在临床应用上的不足。类金刚石膜制备仪器操作简单,材料来源便宜易得,生产成本低廉,市场前景十分广阔。在NiTi正畸弓丝上制备类金刚石膜所用的工艺参数为:射频功率120 W,工作气体为氩气,气体流量为20 sccm,工作气压为1.0 Pa,沉积温度为室温条件,基板偏压为-100 V,所制备的薄膜厚度约为1μm左右。采用拉曼光谱仪,扫描电子显微镜,电化学工作站对NiTi正畸弓丝及涂覆有类金刚石膜的NiTi正畸弓丝(DLC-NiTi)进行表征。在未进行电化学腐蚀前,利用扫描电子显微镜对NiTi弓丝及DLC-NiTi进行测量,测试结果表明,DLC-NiTi比NiTi弓丝表面更光滑,没有明显的划痕和黑点。在电化学腐蚀后,DLC-NiTi表面没有腐蚀斑产生,表面有金属光泽,表明比DLC-NiTi比NiTi弓丝耐腐蚀性更强。
吴志猛[5]2002年在《类金刚石膜的制备与特性研究》文中进行了进一步梳理本文探讨了利用微波ECR全方位离子注入技术和等离子增强化学气相沉积技术来制备类金刚石膜。对所制备的薄膜采用拉曼光谱、傅立叶红外透射光谱、原子力显微镜等方法进行了研究。 研究结果表明：在全方位离子注入技术中，不同的偏压、频率、气体流量都对薄膜中sp~3键比例有所影响，文中对具体的影响进行了分析，发现偏压的增加、频率的降低和适中的气体流量可以制备出sp~3键比例高的类金刚石膜；在等离子增强化学气相沉积技术中，对偏压对sp~3键比例的影响也进行了简单分析。
卞潇雨[6]2007年在《等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石膜及其纳米力学性能研究》文中研究指明在过去的二十年间,类金刚石(DLC)膜引起了工业和研究领域的浓厚兴趣。制备DLC膜的方法主要分为物理气相沉积法和化学气相沉积法。其中等离子体增强化学气相沉积法是近年世界上兴起的一项新的表面处理方法,工业应用前景非常好。但是使用该方法制备固体薄膜时,由于操作工艺参数很多,对沉积薄膜性能影响很大,所以本课题研究的目的是优化各种工艺参数(沉积压力、沉积时间、射频功率和偏置电压)来达到预定的表面力学性能。本课题首先使用等离子体增强化学气相沉积设备在不同参数下制备类金刚石膜,其次用原子力显微镜对所制备试样的表面粗糙度、摩擦力和摩擦系数进行表征,最后用纳米压痕仪测量薄膜的硬度和杨氏模量。研究结果表明,增加沉积压力可以稳定地改进类金刚石膜的摩擦性能,但会降低薄膜的硬度和杨氏模量。受射频功率等其它加工参数的制约,沉积时间对薄膜性能的影响是多样的。仅延长或缩短沉积时间来对类金刚石膜进行改性是存在风险的。射频功率对DLC膜的摩擦性能影响不是很显着,而且存在扭转影响趋势的关键点,在应用时必须多加注意。偏置电压对DLC膜的摩擦性能和力学性能都能起到很好的改善作用,且影响规律稳定。但对于超高偏置电压对薄膜性能的影响在本研究中没有涉及。通过这些参数的研究可以制备出适合不同工作条件的DLC薄膜,并对今后类金刚石膜的工业应用提供很好的研究依据和实验借鉴。
陈小锰[7]2005年在《硅掺杂-DLC硬盘保护膜的制备及等离子体诊断》文中进行了进一步梳理微波-ECR等离子体增强化学气相沉积和等离子体增强非平衡磁控溅射两种工艺同步进行,可制备半导体、合金材料,而且能制备性能优异的掺杂类金刚石薄膜,从而越来越受到重视。 本文首先介绍等离子增强溅射沉积的特点及应用。简要阐述了类金刚石膜的发展、性能、应用、制备方法及存在的问题。介绍了Langmiur单探针的工作原理、特点及其应用,并用其诊断出最佳气体流量配比为CH_4=40sccm、Ar=10sccm。 利用拉曼光谱和红外吸收光谱分析了硅掺杂薄膜的结构,表明制备的是非晶膜,并用其研究了薄膜的化学结构变化。利用X射线光电子能谱研究了薄膜的组分,利用原子力显微和电子扫描显微镜观察了薄膜的表面形貌,同时测试了薄膜的摩擦学性能。 硅掺杂DLC膜的通常制备方法为等离子体增强化学气相沉积(PECVD),并以含硅的有机化合物如硅烷等作为掺杂源,这样随着DLC膜中硅含量的增加,膜中氢含量也随之增加,sp~3碳的相对含量减少,从而降低了薄膜的力学性能及化学稳定性。本文利用双放电腔微波-ECR等离子体增强化学气相沉积和等离子体增强非平衡磁控溅射两种工艺同步进行的方法,以高纯硅靶作为掺杂硅源,通过调整硅靶的溅射偏压,改变硅的掺杂量,在Si(100)基体上制备出了硅掺杂类金刚石碳膜。结果表明,随着硅靶的溅射偏压增大,Si-DLC膜G峰峰位的高波数偏移和背底斜率的减小表明Si—DLC膜中氢的含量减少,薄膜的内应力减小。Si-DLC薄膜在磨损实验中,磨痕未出现微裂纹,也说明硅掺杂使DLC薄膜内应力减小。此外,随着硅靶的溅射偏压增大,ID/IG逐渐增大,G峰峰位向高波数移动,拉曼光谱变得更加对称且变窄,表明sp~3碳含量增大,同时硬度也从14.7GPa增加到17.0GPa。薄膜的表面均方根粗糙度从0.16nm降到0.12nm;薄膜的摩擦系数降低,最小能达到0.1,薄膜的抗摩擦磨损性能得到提高。
王瑜[8]2005年在《金属表面制备类金刚石膜的性能研究》文中研究表明本论文探讨了利用射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)技术在金属表面制备类金刚石(Diamond-like Carbon, 简称DLC)膜制备。对所制备的DLC膜采用拉曼光谱(Raman)、傅立叶红外透射光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、划痕仪、摩擦磨损仪、纳米压痕仪等方法进行了性能测量研究。研究结果表明:采用射频等离子体化学气相沉积方法,可以在金属表面沉积一定厚度的DLC膜,但是由于薄膜与基材之间存在较大的内应力,薄膜牢度较小,易剥落,且不耐磨。当结合电子束蒸发镀/磁控溅射的方法,在金属表面制备Ti/TiN过渡层,然后再用射频等离子体化学气相沉积的方法在过渡层上制备DLC膜,发现制备的DLC膜的附着牢度和耐磨性大大提高了。拉曼光谱、傅立叶红外透射光谱、纳米压痕仪测试表明,随甲烷含量的变化,DLC膜的成分结构及性质都有所变化,含sp3杂化较多的DLC膜的硬度比较大。实验同时发现沉积速度随着反应压强的升高先快后慢。
马国佳[9]2003年在《应用于微机电系统上的类金刚石膜制备》文中研究说明本文探讨了利用微波ECR全方位离子注入技术和等离子增强化学气相沉积技术来制备类金刚石膜(工作气体为甲烷)的方法，并将两种方法相结合制备了性能良好(表面形貌光滑、膜基结合力强)的类金刚石膜，这种方法在世界上是一种新颖的制备手段，论文也描述了设备控制原理，分析了类金刚石成膜机理，并对所制备的薄膜采用拉曼光谱、傅立叶红外透射谱、原子力显微镜等方法进行了研究。 研究结果表明： (1)用全方位离子注入技术能够制备出类金刚石膜。在全方位离子注入技术中，不同的偏压、频率、气体流量都对薄膜中sp~3键比例有所影响，文中对具体的影响进行了分析，发现偏压增加、频率降低和适中的气体流量可以制备出含sp~3键较多的类金刚石膜；同时发现用全方位离子注入技术制备的类金刚石膜含有大量的SiC成份，这对薄膜的性能(例如硬度)影响很大；用全方位离子注入制备的薄膜其结合力得到增强，但薄膜的表面形貌差。 (2)用等离子体增强化学气象沉积技术也能制备类金刚石膜。优点是用这种方法制备的薄膜表面形貌得到了一定的改善，但内应力较大，通过加入适量的氮气可以改善一些。 (3)通过全方位离子注入和等离子体增强化学气相沉积相结合，发现制备出的类金刚石薄膜既改善了表面形貌又增强了结合力，因此证明了这是一种较好的制备方法。
蔺增[10]2004年在《利用射频PECVD方法生长类金刚石薄膜的实验研究》文中研究说明本文采用射频PECVD方法,以C4H10(或CH4)和Ar为气源在不锈钢、玻璃和硅片等基底上制备出大面积类金刚石薄膜。使用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、激光拉曼光谱(Raman)和付立叶变换红外光谱(FT-IR)等研究手段对样品形貌和结构进行了表征;利用显微硬度计、划痕仪和摩擦磨损试验机等对DLC薄膜的机械和摩擦学特性进行了研究,得到了摩擦性能随沉积参数和实验条件的变化规律,对DLC膜的自润滑机制和磨损机理进行了探索。在电容耦合的射频PECVD系统中,等离子体鞘层作用的结果会在阴极板上产生自偏压,有利于碳离子沉积形成类金刚石膜;借助所设计的中间过渡层Ti/TiN/TiC,在不锈钢上成功沉积了一定厚度的DLC膜,膜与基底的结合力较好;通过优化工艺参数,可以成功地在玻璃、硅片等基底上沉积DLC膜,扩大用射频PECVD工艺沉积类金刚石膜的适用范围。对不锈钢上沉积的DLC膜作SEM分析,发现薄膜由均匀的颗粒组成,粒径大约为400nm左右;X射线衍射分析表明,所镀DLC膜为非晶碳膜,在XRD谱图中出现了TiN、TiC的衍射峰,说明薄膜表面可能会有微小的缺陷;样品的SEM侧面形貌分析表明,薄膜与基体结合良好,没有出现开裂、分离的情况;AFM分析发现DLC膜明显比基底平整,亮区增加了,岛状颗粒数目明显增多,薄膜的致密性增强,说明了非晶膜的生长机制是大量非晶纳米相结构的聚集,证实了类金刚石薄膜沉积时大颗粒活性粒子的关键作用。对硅片、玻璃上所沉积DLC膜作FT-IR光谱分析,表明薄膜样品的碳原子主要以sp~3的组态存在;XPS全谱分析表明膜的主要组成元素为碳,还含有少量的氧及微量的Ni和N。
参考文献：
[1]. 电化学法沉积类金刚石膜的研究[D]. 汲大朋. 大连理工大学. 2007
[2]. 氟化类金刚石膜的制备、结构和性能的研究[D]. 张茹芝. 大连理工大学. 2004
[3]. 类金刚石膜应用于正畸托槽及弓丝生物学及摩擦性能的实验研究[D]. 黄世友. 第四军医大学. 2013
[4]. 利用射频磁控溅射法制备类金刚石膜[D]. 刘军. 吉林大学. 2017
[5]. 类金刚石膜的制备与特性研究[D]. 吴志猛. 辽宁工程技术大学. 2002
[6]. 等离子体增强化学气相沉积法制备类金刚石膜及其纳米力学性能研究[D]. 卞潇雨. 北京交通大学. 2007
[7]. 硅掺杂-DLC硬盘保护膜的制备及等离子体诊断[D]. 陈小锰. 大连理工大学. 2005
[8]. 金属表面制备类金刚石膜的性能研究[D]. 王瑜. 北京印刷学院. 2005
[9]. 应用于微机电系统上的类金刚石膜制备[D]. 马国佳. 大连理工大学. 2003
[10]. 利用射频PECVD方法生长类金刚石薄膜的实验研究[D]. 蔺增. 东北大学. 2004