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Ti/Ti-类金刚石多层膜的制备与表征

黄江涛 谷坤明 毛斐 虞烈 汤皎宁

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Ti/Ti-类金刚石多层膜的制备与表征

黄江涛, 谷坤明, 毛斐, 虞烈, 汤皎宁

Preparation and characterization of multilayered titanium/titanium-diamond-like carbon films

Huang Jiang-Tao, Gu Kun-Ming, Mao Fei, Yu Lie, Tang Jiao-Ning
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  • 采用电子回旋共振-化学气相沉积结合中频磁控溅射的真空镀膜技术, 以99.99%Ti为靶材, 乙炔为碳源制备了Ti/Ti-类金刚石(DLC)多层膜. 利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱仪 对Ti/Ti-DLC多层膜进行了相结构、组织、成分及形态分析. 采用显微硬度仪、摩擦磨损仪、表面粗糙度仪对Ti/Ti-DLC多层膜进行了力学性能考察. 结果表明: Ti/Ti-DLC多层膜中主要含有TiC晶相; Ti层和Ti-DLC层中未出现柱状晶体生长模式, 分层中均以岛状模式生长; 当调制周期 50 nm时, 分层结构变模糊; 调制周期对Ti/Ti-DLC多层膜的复合硬度、摩擦系数、表面形貌、表面粗糙度都有影响, 当调制周期较小时表现出纳米增硬效应, 表面出现大颗粒, 表面粗糙度和摩擦系数均变大.
    The titanium/titanium diamond-like carbon (Ti/Ti-DLC) multi-layered films are deposited by combined electron cyclotron resonance microwave plasma enhanced chemical vapor deposition method and mid-frequency magnetron sputtering method using acetylene as the reactive gas and Ti target with a purity of 99.99%. The structures, compositions and surface morphologies of the samples are characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscope, and X-ray photoelectron spectrometer. The mechanical properties of Ti/Ti-DLC multilayer films are investigated by microhardness tester, friction wear test instrument and surface roughmeter. The results show that TiC phase appears in multilayered film. The main growth mode of the film is island mode and there exists columnar crystal structure neither in Ti layer nor Ti-DLC layer. The properties of the multi-layered film, including composite hardness, friction coefficient, surface morphology and surface roughness are affected by the modulation period . It is shown that nano-hardening effect takes place when is small while large particles appear on the surface of the film, leading to a large surface roughness and friction coefficient. The layered structure of the film is not clear when 50 nm.
    • 基金项目: 国家高技术研究发展计划(批准号: 2007AA050501)、广东省科技计划(批准号: 2009B010900035)和深圳市科技计划(批准号: JC200903130309A)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National High Technology Research and Development Program of China (Grant No. 2007AA050501), the Science and Technology Program of Guangdong Province, China (Grant No. 2009B010900035), and the Science and Technology Program of Shenzhen, China (Grant No. JC200903130309A).
    [1]

    Xie Z W 2007 M. S. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology) (in Chinese) [解志文 2007 硕士学位论文 (哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [2]

    Xiao X L, Zhang X, Li F Q, Hou H J, Lin S S 2010 Chin. J. Vac. Sci. Technol. 30 690 (in Chinese) [肖晓玲, 张馨, 李福球, 侯惠君, 林松盛 2010 真空科学与技术学报 30 690]

    [3]

    Li G Y, Xu J H, Gu M Y 2001 J. Shanghai Jiaotong Univ. 35 457 (in Chinese) [李戈扬, 许俊华, 顾明元 2001 上海交通大学学报 35 457]

    [4]

    Tao S W, Lei N, Qu X H 2005 Dev. Nano-hard Thin Film 33 37 (in Chinese) [陶斯武, 雷诺, 曲选辉 2005 稀有金属与硬质合金 33 37]

    [5]

    Warcholinski B, Gilewicz A 2011 Wear 271 2812

    [6]

    Yang W B, Fan S H, Zhang G L, Ma P N, Zhang S Z, Du J 2005 Acta Phys. Sin. 54 4944 (in Chinese) [杨武保, 范松华, 张谷令, 马培宁, 张守忠, 杜健 2005 54 4944]

    [7]

    Yoshihiko U, Toshifumi K, Takema T, Yoshio H, Keiro T 2011 Surf. Coat. Technol. 205 2778

    [8]

    Robertson J 2002 Mater. Sci. Eng. R37 129

    [9]

    Ji L, Li H X, Zhao F, Quan W L, Chen J M, Zhou H D 2009 Appl. Surf. Sci. 255 4180

    [10]

    Tobi Mohd A L, Shipway P H, Leen S B 2011 Wear 271 1572

    [11]

    Lin Y H, Lin H D, Liu C K, Huang M W, Chen J R, Shih H C 2010 Diam. Relat. Mater. 19 1034

    [12]

    Bolelli G, Bonferroni B, Coletta G, Lusvarghi L, Pitacco F 2011 Surf. Coat. Technol. 205 4211

    [13]

    Bertran E, Corbella C, Pinyol A, Vives M, Andujar J L 2003 Diam. Relat. Mater. 12 1008

    [14]

    Ziegele H, Scheibe H J, Schultrich B 1997 Surf. Coat. Technol. 97 385

    [15]

    Qi Z Q, Meletis E I 2005 Thin Solid Films 479 174

    [16]

    Delplancke-Ogletree M P, Monteiro O R 1998 Surf. Coat. Technol. 108---109 484

    [17]

    Lin S S, Dai M J, Li H W, Zhu X G, Hou H J, Lin K S 2007 Chinese Patent 200710028834 (in Chinese) [林松盛, 代明江, 李洪武, 朱霞高, 侯惠君, 林凯生 2007 中国专利 200710028834]

    [18]

    Rao J, Cruz R, Lawson K J, Nicholls J R 2005 Diam. Relat. Mater. 14 1805

    [19]

    Ma G J, Liu X L, Zhang H F, Wu H C, Peng L P, Jiang Y L 2007 Acta Phys. Sin. 56 2377 (in Chinese) [马国佳, 刘喜亮, 张华芳, 武洪臣, 彭丽平, 蒋艳莉 2007 56 2377]

    [20]

    Wu P, Jiang E Y, Liu Y G, Wang C D 1996 Acta Metall. Sin. 32 1209 (in Chinese) [吴萍, 姜恩永, 刘裕光, 王存达 1996 金属学报 32 1209]

    [21]

    Lin S S, Dai M J, Hou H J, Li H W, Zhu X G, Lin K S 2007 Chin. J. Vac. Sci. Technol. 27 418 (in Chinese) [林松盛, 代明江, 侯惠君, 李洪武, 朱霞高, 林凯生 2007 真空科学与技术学报 27 418]

    [22]

    Lü S G 2010 M. S. Dissertation (Dalian: Dalian University of Technology) (in Chinese) [吕世功 2010 硕士学位论文 (大连: 大连理工大学)]

    [23]

    Li L H, Zhang H Q, Cui X M, Zhang Y H 2001 Acta Phys. Sin. 50 1549 (in Chinese) [李刘合, 张海泉, 崔旭明, 张彦华 2001 50 1549]

    [24]

    Ma G J, Zhang X N, Wu H C, Zhang H F, Peng L P 2008 Rare Met. Mater. Eng. 37 1614 (in Chinese) [马国佳, 张晓囡, 武洪臣, 张华芳, 彭丽平 2008 稀有金属材料与工程 37 1614]

    [25]

    Li G, Xia L F 2001 Thin Solid Films 396 16

    [26]

    Schroeder A, Francz G, Bruinink A, Hauert R, Mayer J, Wintermantel E 2000 Biomaterials 21 449

    [27]

    Chen X C, Peng Z J, Fu Z Q, Wang C B 2010 China Surf. Eng. 23 36 (in Chinese) [陈新春, 彭志坚, 付志强, 王成彪 2010 中国表面工程 23 36]

    [28]

    Wang J G, Ma G J, Deng X L, Li X, Tang Z A 2003 Vac. Sci. Technol. 23 429 (in Chinese) [王金刚, 马国佳, 邓新绿, 李新, 唐祯安 2003 真空科学与技术 23 429]

    [29]

    Li F J, Zhang S, Kong J H, Zhang Y J, Zhang W L 2011 Thin Solid Films 519 4910

    [30]

    Jao J Y, Han S, Yen C C, Liu Y C, Chang L S, Chang C L, Shih H C 2011 Diam. Relat. Mater. 20 123

    [31]

    Kong M, Yue J L, Li G Y 2010 J. Inorg. Mater. 25 113 (in Chinese) [孔明, 岳建岭, 李戈扬 2010 无机材料学报 25 113]

    [32]

    Zhao D C, Xiao G J, Ren N, Ma Z J, Wu S H 2008 Vac. Cryog. 14 27 (in Chinese) [赵栋才, 肖更竭, 任妮, 马占吉, 武生虎 2008 真空与低温 14 27]

    [33]

    Xie H M 2011 Surf. Technol. 40 90 (in Chinese) [谢红梅 2011 表面技术 40 90]

    [34]

    Wang P J, Jiang M F, Du J L, Dai Y F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8920 (in Chinese) [王培君, 江美福, 杜记龙, 戴永丰 2010 59 8920]

  • [1]

    Xie Z W 2007 M. S. Dissertation (Harbin: Harbin Institute of Technology) (in Chinese) [解志文 2007 硕士学位论文 (哈尔滨: 哈尔滨工业大学)]

    [2]

    Xiao X L, Zhang X, Li F Q, Hou H J, Lin S S 2010 Chin. J. Vac. Sci. Technol. 30 690 (in Chinese) [肖晓玲, 张馨, 李福球, 侯惠君, 林松盛 2010 真空科学与技术学报 30 690]

    [3]

    Li G Y, Xu J H, Gu M Y 2001 J. Shanghai Jiaotong Univ. 35 457 (in Chinese) [李戈扬, 许俊华, 顾明元 2001 上海交通大学学报 35 457]

    [4]

    Tao S W, Lei N, Qu X H 2005 Dev. Nano-hard Thin Film 33 37 (in Chinese) [陶斯武, 雷诺, 曲选辉 2005 稀有金属与硬质合金 33 37]

    [5]

    Warcholinski B, Gilewicz A 2011 Wear 271 2812

    [6]

    Yang W B, Fan S H, Zhang G L, Ma P N, Zhang S Z, Du J 2005 Acta Phys. Sin. 54 4944 (in Chinese) [杨武保, 范松华, 张谷令, 马培宁, 张守忠, 杜健 2005 54 4944]

    [7]

    Yoshihiko U, Toshifumi K, Takema T, Yoshio H, Keiro T 2011 Surf. Coat. Technol. 205 2778

    [8]

    Robertson J 2002 Mater. Sci. Eng. R37 129

    [9]

    Ji L, Li H X, Zhao F, Quan W L, Chen J M, Zhou H D 2009 Appl. Surf. Sci. 255 4180

    [10]

    Tobi Mohd A L, Shipway P H, Leen S B 2011 Wear 271 1572

    [11]

    Lin Y H, Lin H D, Liu C K, Huang M W, Chen J R, Shih H C 2010 Diam. Relat. Mater. 19 1034

    [12]

    Bolelli G, Bonferroni B, Coletta G, Lusvarghi L, Pitacco F 2011 Surf. Coat. Technol. 205 4211

    [13]

    Bertran E, Corbella C, Pinyol A, Vives M, Andujar J L 2003 Diam. Relat. Mater. 12 1008

    [14]

    Ziegele H, Scheibe H J, Schultrich B 1997 Surf. Coat. Technol. 97 385

    [15]

    Qi Z Q, Meletis E I 2005 Thin Solid Films 479 174

    [16]

    Delplancke-Ogletree M P, Monteiro O R 1998 Surf. Coat. Technol. 108---109 484

    [17]

    Lin S S, Dai M J, Li H W, Zhu X G, Hou H J, Lin K S 2007 Chinese Patent 200710028834 (in Chinese) [林松盛, 代明江, 李洪武, 朱霞高, 侯惠君, 林凯生 2007 中国专利 200710028834]

    [18]

    Rao J, Cruz R, Lawson K J, Nicholls J R 2005 Diam. Relat. Mater. 14 1805

    [19]

    Ma G J, Liu X L, Zhang H F, Wu H C, Peng L P, Jiang Y L 2007 Acta Phys. Sin. 56 2377 (in Chinese) [马国佳, 刘喜亮, 张华芳, 武洪臣, 彭丽平, 蒋艳莉 2007 56 2377]

    [20]

    Wu P, Jiang E Y, Liu Y G, Wang C D 1996 Acta Metall. Sin. 32 1209 (in Chinese) [吴萍, 姜恩永, 刘裕光, 王存达 1996 金属学报 32 1209]

    [21]

    Lin S S, Dai M J, Hou H J, Li H W, Zhu X G, Lin K S 2007 Chin. J. Vac. Sci. Technol. 27 418 (in Chinese) [林松盛, 代明江, 侯惠君, 李洪武, 朱霞高, 林凯生 2007 真空科学与技术学报 27 418]

    [22]

    Lü S G 2010 M. S. Dissertation (Dalian: Dalian University of Technology) (in Chinese) [吕世功 2010 硕士学位论文 (大连: 大连理工大学)]

    [23]

    Li L H, Zhang H Q, Cui X M, Zhang Y H 2001 Acta Phys. Sin. 50 1549 (in Chinese) [李刘合, 张海泉, 崔旭明, 张彦华 2001 50 1549]

    [24]

    Ma G J, Zhang X N, Wu H C, Zhang H F, Peng L P 2008 Rare Met. Mater. Eng. 37 1614 (in Chinese) [马国佳, 张晓囡, 武洪臣, 张华芳, 彭丽平 2008 稀有金属材料与工程 37 1614]

    [25]

    Li G, Xia L F 2001 Thin Solid Films 396 16

    [26]

    Schroeder A, Francz G, Bruinink A, Hauert R, Mayer J, Wintermantel E 2000 Biomaterials 21 449

    [27]

    Chen X C, Peng Z J, Fu Z Q, Wang C B 2010 China Surf. Eng. 23 36 (in Chinese) [陈新春, 彭志坚, 付志强, 王成彪 2010 中国表面工程 23 36]

    [28]

    Wang J G, Ma G J, Deng X L, Li X, Tang Z A 2003 Vac. Sci. Technol. 23 429 (in Chinese) [王金刚, 马国佳, 邓新绿, 李新, 唐祯安 2003 真空科学与技术 23 429]

    [29]

    Li F J, Zhang S, Kong J H, Zhang Y J, Zhang W L 2011 Thin Solid Films 519 4910

    [30]

    Jao J Y, Han S, Yen C C, Liu Y C, Chang L S, Chang C L, Shih H C 2011 Diam. Relat. Mater. 20 123

    [31]

    Kong M, Yue J L, Li G Y 2010 J. Inorg. Mater. 25 113 (in Chinese) [孔明, 岳建岭, 李戈扬 2010 无机材料学报 25 113]

    [32]

    Zhao D C, Xiao G J, Ren N, Ma Z J, Wu S H 2008 Vac. Cryog. 14 27 (in Chinese) [赵栋才, 肖更竭, 任妮, 马占吉, 武生虎 2008 真空与低温 14 27]

    [33]

    Xie H M 2011 Surf. Technol. 40 90 (in Chinese) [谢红梅 2011 表面技术 40 90]

    [34]

    Wang P J, Jiang M F, Du J L, Dai Y F 2010 Acta Phys. Sin. 59 8920 (in Chinese) [王培君, 江美福, 杜记龙, 戴永丰 2010 59 8920]

  • [1] 赵永生, 阎峰云, 刘雪. 掺杂B, Cr, Mo, Ti, W, Zr后金刚石中正电子湮灭寿命计算.  , 2024, 73(1): 017802. doi: 10.7498/aps.73.20231269
    [2] 余波, 陈伯伦, 侯立飞, 苏明, 黄天晅, 刘慎业. 化学气相沉积金刚石探测器测量辐射驱动内爆的硬X射线.  , 2013, 62(5): 058102. doi: 10.7498/aps.62.058102
    [3] 杨发展, 沈丽如, 王世庆, 唐德礼, 金凡亚, 刘海峰. 等离子体增强化学气相沉积法制备含氢类金刚石膜的紫外Raman光谱和X射线光电子能谱研究.  , 2013, 62(1): 017802. doi: 10.7498/aps.62.017802
    [4] 袁贺, 孙长征, 徐建明, 武庆, 熊兵, 罗毅. 基于等离子体增强化学气相沉积技术的光电子器件多层抗反膜的设计和制作.  , 2010, 59(10): 7239-7244. doi: 10.7498/aps.59.7239
    [5] 侯立飞, 李芳, 袁永腾, 杨国洪, 刘慎业. 化学气相沉积金刚石探测器测量软X射线能谱.  , 2010, 59(2): 1137-1142. doi: 10.7498/aps.59.1137
    [6] 王叶安, 秦福文, 吴东江, 吴爱民, 徐 茵, 顾 彪. 基于电子回旋共振-等离子体增强金属有机物化学气相沉积技术生长GaMnN稀磁半导体的研究.  , 2008, 57(1): 508-513. doi: 10.7498/aps.57.508
    [7] 马国佳, 刘喜亮, 张华芳, 武洪臣, 彭丽平, 蒋艳莉. 乙炔气体流量对纳米TiC类金刚石复合膜的化学结构及力学性能影响.  , 2007, 56(4): 2377-2381. doi: 10.7498/aps.56.2377
    [8] 刘燕燕, E. Bauer-Grosse, 张庆瑜. 微波等离子体化学气相沉积合成掺氮金刚石薄膜的缺陷和结构特征及其生长行为.  , 2007, 56(4): 2359-2368. doi: 10.7498/aps.56.2359
    [9] 李晓红, 郭晚土, 陈学康, 吴 敢, 杨建平, 王 瑞, 曹生珠, 余 荣. 微波化学气相沉积中气压对金刚石薄膜生长速率和质量的影响.  , 2007, 56(12): 7183-7187. doi: 10.7498/aps.56.7183
    [10] 靳艳飞, 徐 伟, 李 伟, 徐 猛. 具有周期信号调制噪声的线性模型的随机共振.  , 2005, 54(6): 2562-2567. doi: 10.7498/aps.54.2562
    [11] 马丙现, 贾 瑜, 姚 宁, 杨仕娥, 张兵临. 模板对异构体选择性生长的动力学控制作用与化学气相沉积金刚石的生长机理.  , 2005, 54(9): 4300-4308. doi: 10.7498/aps.54.4300
    [12] 王志军, 董丽芳, 尚 勇. 电子助进化学气相沉积金刚石中发射光谱的蒙特卡罗模拟.  , 2005, 54(2): 880-885. doi: 10.7498/aps.54.880
    [13] 杨武保, 王久丽, 张谷令, 范松华, 刘赤子, 杨思泽. 丙酮环境下ECR微波等离子体辅助化学气相沉积类金刚石薄膜研究.  , 2004, 53(9): 3099-3103. doi: 10.7498/aps.53.3099
    [14] 叶超, 宁兆元, 程珊华, 康健. 微波电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积法沉积氟化非晶碳薄膜的研究.  , 2001, 50(4): 784-789. doi: 10.7498/aps.50.784
    [15] 宁兆元, 程珊华, 叶超. 电子回旋共振等离子体增强化学气相沉积a-CFx薄膜的化学键结构.  , 2001, 50(3): 566-571. doi: 10.7498/aps.50.566
    [16] 王冠中, 叶 峰, 常 超, 章应辉, 方容川. 化学气相沉积法制备金刚石膜截面微区Raman分析.  , 1999, 48(12): 2382-2388. doi: 10.7498/aps.48.2382
    [17] 韩理, 王晓辉, 于威, 董丽芳, 李晓苇, 傅广生. 电子助进热丝化学汽相沉积金刚石薄膜.  , 1997, 46(11): 2206-2214. doi: 10.7498/aps.46.2206
    [18] 高克林, 詹如娟, 黄卫东, 邹祖平, 王燕霞, 项志遴. 氩气掺入对类金刚石沉积过程的影响.  , 1992, 41(3): 465-470. doi: 10.7498/aps.41.465
    [19] 王万录, 高锦英, 廖克俊, 刘爱民. 直流等离子体化学汽相沉积法合成的金刚石膜的内应力研究.  , 1992, 41(11): 1906-1912. doi: 10.7498/aps.41.1906
    [20] 张仿清, 张亚非, 杨映虎, 李敬起, 陈光华, 蒋翔六. 直流弧光放电化学气相沉积(CVD)法制备金刚石薄膜及其等离子体的光发射谱原位测量.  , 1990, 39(12): 1965-1969. doi: 10.7498/aps.39.1965
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出版历程
  • 收稿日期:  2011-08-29
  • 修回日期:  2012-04-28
  • 刊出日期:  2012-04-20

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