WC/DLC納米多層膜微觀結(jié)構(gòu)研究
陽極層流型氣體離子源與非平衡磁控濺射復(fù)合技術(shù)沉積制備WC/DLC納米多層膜,并在膜/基間設(shè)計(jì)了中間過渡層。用掃描電鏡、拉曼光譜儀、光電子能譜儀、X衍射儀、透射電鏡、干涉顯微鏡等,對WC/DLC納米多層膜的微觀形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。結(jié)果表明:沉積的WC/DLC膜層表面致密、光滑細(xì)膩;多層調(diào)制周期在3～4 nm,多層界面不清晰,形成漸變過渡界面。WC/DLC膜中主要是sp2鍵中摻雜有一定量的sp3鍵,WC則以納米晶結(jié)構(gòu)彌散分布在DLC之中。
關(guān)鍵詞： 非平衡磁控濺射;離子源;WC/DLC納米多層膜;微觀結(jié)構(gòu)
類金剛石( DLC) 薄膜是近20 年來研究較多的功能薄膜, 它是含有金剛石結(jié)構(gòu)的非晶碳膜, 具有一系列與金剛石薄膜相似或類似的優(yōu)異性能, 如硬度、彈性模量高、摩擦系數(shù)低等力學(xué)性能和好的聲學(xué)、電學(xué)性能及化學(xué)穩(wěn)定性等。加上DLC 膜沉積溫度低( > 250 度) 、技術(shù)相對簡單易行, 成本低, 易于工業(yè)化生產(chǎn); 技術(shù)日趨完善、發(fā)展迅速, 在諸多方面已獲應(yīng)用, 并不斷拓展, 產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用前景光明。
但是, DLC 與金剛石膜相似, 其膜層脆、易崩裂, 極易與基體剝離; 況且, 不同的沉積制備方法與工藝, DLC膜層所獲得的硬度差別范圍大( 在20~ 80 GPa 之間) ; 近十幾年, 隨著納米科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 利用納米材料的小尺寸效應(yīng)和量子隧道效應(yīng), 將納米技術(shù)與表面技術(shù)相結(jié)合制備性能更為優(yōu)異的納米多層膜, 許多研究結(jié)果表明, 當(dāng)多層膜的調(diào)制周期在納米尺度范圍內(nèi)變化時, 出現(xiàn)所謂的超硬現(xiàn)象。
當(dāng)前,納米多層膜的研究雖然較多, 都基本停留在實(shí)驗(yàn)室與機(jī)理研究階段。本研究從工模具的應(yīng)用技術(shù)需求出發(fā), 設(shè)計(jì)易于工業(yè)化生產(chǎn)、成本比較低的陽極層流型氣體離子源與非平衡磁控濺射的復(fù)合技術(shù), 制備納米多層WC/ DLC 膜, 研究探討其微觀結(jié)構(gòu), 為使WC/ DLC 納米多層膜在工模具上的應(yīng)用提供一點(diǎn)微觀的結(jié)構(gòu)分析。
(1) 采用陽極層流型氣體離子源結(jié)合非平衡磁控濺射沉積的WC/ DLC 多層納米膜, 膜層致密、膜面平整、光滑、細(xì)膩; 多層膜的調(diào)制周期約為3~ 4nm;
(2)WC/DLC 多層膜的層間界面不夠明晰, 為漸變過程, 層間結(jié)合非常良好;
(3)W 以納米晶WC、W2C 的形式摻入到非晶DLC 膜當(dāng)中。
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