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氩离子轰击对四面体非晶碳膜内应力和摩擦系数影响的研究

韩亮 宁涛 刘德连 何亮

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氩离子轰击对四面体非晶碳膜内应力和摩擦系数影响的研究

韩亮, 宁涛, 刘德连, 何亮

The study on the stress and the friction coefficient of tetrahedral amorphous carbon films bombarded by energetic Ar ion

Han Liang, Ning Tao, Liu De-Lian, He Liang
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  • 利用磁过滤真空阴极电弧技术制备了sp3键大于80%的四面体非晶碳(ta-C)薄膜, 通过冷阴极离子源产生keV能量的氩离子轰击ta-C薄膜,研究了氩离子轰击能量对ta-C薄膜结构, 内应力以及耐磨性的影响.通过X射线光电子能谱和原子力显微镜研究了氩离子轰击对薄膜结构 与表面形貌的改性,研究表明,氩离子轰击诱导了ta-C薄膜中sp3键向sp2键的转化, 并且随着氩离子轰击能量的增大,薄膜中sp2键的含量逐渐增多, 薄膜内应力随着氩离子轰击能量的增大逐渐减小.氩离子轰击对薄膜的表面形貌有较大影响, 在薄膜表面形成刻蚀坑,并且改变了薄膜的表面粗糙度,随着氩离子轰击能量的增大, 薄膜的表面粗糙度也会逐渐增大.通过摩擦磨损仪的测试结果,氩离子轰击对薄膜的初始摩擦系数影响较大, 但是对薄膜的稳定摩擦系数影响较小,经过氩离子轰击前后的ta-C薄膜的摩擦系数为0.1左右, 并且具有优异的耐磨性.
    The ta-C films with sp3 bonds more than 80% in fraction are deposited by FCVA technique, and then they are bombarded by Ar ions. The composition and structures of the ta-C films before and after the bombardment of energetic Ar ions are analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy. The surface morphology is investigated by AFM. The result shows that the bombardment of Ar ions induces the conversion of sp3 bond into sp2 bond, and the fraction of sp2 bonds increases with the energy of Ar ion increasing. The stress of the film decreases with the increase of the Ar ion energy. The RMS and etching pits on the surface of film increase with the increase of Ar ion bombarding energy.The friction test indicates that Ar ion bombardment has an important influence on initial friction coefficient, but just has little influence on steady state friction coefficient. The steady state friction coefficient of film keeps about 0.1, which shows a good antiwear property.
    • 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项资金和 国家自然科学基金(批准号: 61106062)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities, and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61106062).
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-11-27
  • 修回日期:  2012-02-27
  • 刊出日期:  2012-09-05

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