鋼基表面磁控濺射法C-SiC雙層薄膜制備研究.pdf

1、本課題采用磁控濺射的方法在以GCr15為主的基材上制備了C/SiC雙層耐磨減摩薄膜：用射頻磁控濺射法分別在襯底加熱與不加熱時(shí)首先沉積一層SiC硬膜，然后采用直流磁控濺射法在其表面沉積非晶碳膜。 采用X射線衍射(XRD)和拉曼光譜(Raman)方法對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明襯底不加熱時(shí)制備的SiC薄膜為典型的非晶結(jié)構(gòu)，在較高襯底溫度下得到的SiC薄膜部分晶化，但不能形成比較好的β-SiC結(jié)構(gòu)，而雙層薄膜在襯底溫度為500~C

2、時(shí)卻得到了非常好的β-SiC結(jié)構(gòu)。薄膜表層的拉曼光譜分析結(jié)果表明雙層膜的表層為類金剛石結(jié)構(gòu)。另外，還對(duì)SiC單膜進(jìn)行真空高溫退火，結(jié)果表明在800℃以上才出現(xiàn)SiC晶態(tài)峰，在1000℃時(shí)薄膜主要表現(xiàn)為β-SiC結(jié)構(gòu)，但通過(guò)退火的方法得到的SiC結(jié)構(gòu)都為多種晶型的混合結(jié)構(gòu)。 借助掃描電鏡對(duì)薄膜形貌進(jìn)行觀察。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)襯底不升溫時(shí)制得的SiC單膜缺陷較多，呈現(xiàn)大塊狀的非晶SiC。襯底升溫后非晶的缺陷被填滿，薄膜組織較致密。加入非晶碳制

3、成雙層薄膜后，SiC薄膜被致密的非晶碳膜覆蓋。SiC單膜經(jīng)退火后形貌在800℃時(shí)為塊狀， 1000℃時(shí)出現(xiàn)均勻而細(xì)小的SiC晶態(tài)顆粒，1200℃時(shí)SiC顆粒己明顯長(zhǎng)大，達(dá)到300～400nm。 采用劃痕儀對(duì)薄膜與基材的結(jié)合力進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明在較低的氣壓沉積薄膜時(shí)，由于應(yīng)力太大薄膜容易崩裂；襯底升溫能增加薄膜原子的擴(kuò)散有效提高膜基結(jié)合力。而SiC與C的結(jié)合則由于SiC單膜表層富Si，在加入C后形成由富硅SiC到非晶碳膜的過(guò)渡，結(jié)