纳米结构碳氮基薄膜的设计与机械性能

编号：NMJS01226

篇名：纳米结构碳氮基薄膜的设计与机械性能

作者：刘东光;

关键词：非晶碳氮薄膜; 纳米结构; 类富勒烯结构; 多层膜; 硬度; 内应力; 摩擦磨损; 电化学腐蚀;

机构： 浙江大学;

摘要： 本文设计并采用直流磁控溅射技术制备了两相纳米结构碳氮膜、类富勒烯(Fullerene like, FL)结构碳氮、含钛非晶碳氮薄和碳氮基纳米多层膜,并对碳氮基薄膜的组织结构、表面形貌和机械性能进行了分析研究。探索了薄膜组织结构和机械性能的变化规律与内在机理。 1)采用磁控溅射+高温退火处理两步法在Si基体上成功制备了由晶态小颗粒和非晶态基体组成的两相纳米结构碳氮薄膜。这些纳米晶颗粒在非晶基体中分布均匀,且随退火时间的增加,颗粒尺寸逐渐变大,直径约为2-10 nm,这些晶态颗粒为β-C3N4结构的理论超硬碳氮相。复合结构碳氮薄膜达到高的硬度40GPa,且硬度不随退火时间的变化而大幅度波动。 2)在沉积温度450℃、不同氮气分数条件下制备了碳氮膜。当氮气分数从0.05-0.10时,薄膜从非晶结构转变为具有类富勒烯(FL)微结构,在全N2气氛下生成了纳米晶石墨／非晶复合结构特征的碳氮膜。不同N2分数下制备的碳氮薄膜微结构差别主要在于弯曲的石墨基片曲率大小不同。结合HRTEM、XANES、Raman分析确认富勒烯碳氮薄膜的生成主要是由于C-sp3交联引起的。与非晶碳氮薄膜相比,FL-CNx薄膜具有的高硬度...