硼碳氮薄膜的脈沖激光沉積、鍵結(jié)構(gòu)演變與力學(xué)性能.pdf

1、硼碳氮（B-C-N）三元化合物兼具立方氮化硼與金剛石的優(yōu)良特性，作為一類超硬結(jié)構(gòu)材料，在防護(hù)涂層、切削工具等工程領(lǐng)域具有廣泛而重要的應(yīng)用。特定鍵結(jié)構(gòu)是 B-C-N薄膜獲得優(yōu)異力學(xué)性能的前提，而現(xiàn)有研究卻很少涉及沉積過程中 B-C-N薄膜的鍵結(jié)構(gòu)演變問題。為此，本文采用脈沖激光沉積技術(shù)制備 B-C-N薄膜，重點(diǎn)研究其鍵結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能隨沉積工藝（氮?dú)鈮毫?、襯底溫度、激光能量密度）的演變規(guī)律，以期通過建立鍵結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能之間的相互關(guān)系實(shí)現(xiàn)對(duì)B

2、-C-N薄膜力學(xué)性能的優(yōu)化。
　　通過調(diào)整沉積工藝，分別在不同氮?dú)鈮毫Γ?.5~5.0 Pa）、襯底溫度（RT~600℃）和激光能量密度（1.0~3.0 J/cm2）條件下制備出B-C-N薄膜。利用紅外光譜和 X射線光電子能譜對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果表明薄膜中均含有 B-N、B-C、C-N和 C=N等不同結(jié)合鍵，說明形成了 B-C-N三元化合物，得到的薄膜為原子級(jí)雜化。
　　隨著氮?dú)鈮毫Φ脑龃螅珺-C-N薄膜的沉積速率不斷增

3、大，粗糙度先減小后增大，同時(shí)N含量增加，B含量先增加后減小，而 C含量先減小后增加。此外，薄膜鍵結(jié)構(gòu)也發(fā)生相應(yīng)演變：當(dāng)?shù)獨(dú)鈮毫?.5 Pa增大到3.5 Pa時(shí)，鍵結(jié)構(gòu)由sp2雜化的B-N和C=N鍵向B-C鍵和sp3雜化的C-N鍵演變；由3.5 Pa繼續(xù)增大到5.0 Pa時(shí)，薄膜的鍵結(jié)構(gòu)又發(fā)生由 B-C和 sp3雜化的 C-N鍵向 sp2雜化的B-N和C=N鍵逆向演變。
　　隨著襯底溫度的升高，B-C-N薄膜的沉積速率和表面粗糙度

4、均不斷減小，同時(shí)C和N含量逐漸降低而B含量增大，而且鍵結(jié)構(gòu)也發(fā)生相應(yīng)演變：當(dāng)襯底溫度從室溫升高到400℃時(shí)，鍵結(jié)構(gòu)從 sp2雜化的 B-N和 C=N鍵向 B-C鍵和sp3雜化的C-N鍵演變；從400℃繼續(xù)升高到600℃時(shí)，又由B-C和sp3雜化的C-N鍵向sp2雜化的B-N和C=N鍵逆向演變。
　　隨著激光能量密度的增大，B-C-N薄膜的沉積速率不斷增大，表面粗糙度先增大后減少，同時(shí)B和N的含量逐漸增加而C含量則不斷降低，而且鍵結(jié)