磁控溅射沉积BCN薄膜结构与纳米摩擦磨损行为研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xinfan413
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本文通过非平衡磁控溅射方法沉积了BCN薄膜,并系统地研究了不同条件沉积的BCN薄膜的成分、键结构、纳米力学性能和纳米摩擦磨损行为。通过研究得出了不同沉积条件对BCN薄膜结构和性能的影响规律,阐明了BCN薄膜的成膜、划伤和破裂机制。另外对典型工艺制备的BCN薄膜进行了真空和大气环境下退火,研究了薄膜的高温稳定性。采用X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)对薄膜的成分和键结构进行了研究,结果表明可以通过调节靶表面磁场状态、工作气体中NB2B分压使BCN薄膜中各种元素的成分达到连续可控。随薄膜中C含量由25at%不断下降至14at%,薄膜中类BCB3.4B的B-C键含量减少,类BB4BC的B-C键含量增加;引入到薄膜中的N首先与B结合形成B-N键,随N含量不断增加至稳定值以后,部分N会与C结合生成C=N键。研究还表明,薄膜结构除与薄膜成分有关以外,还与薄膜的沉积过程有关。随靶功率的增加,薄膜结构的无序程度增加;基体偏压有利于生成B-N键,当基体偏压达到-400V时,生成了spP3P杂化的B-N键;沉积温度增加使B-N键含量增加。本文测试了不同工艺沉积的BCN薄膜的纳米力学性能,结果表明薄膜的纳米力学性能与薄膜的无序程度、键结构的种类和数量密切相关。对于BCN薄膜而言,如果薄膜无序程度较低,并含有较多spP2P杂化的B-N、C=N键,则薄膜的力学性能较差;随着薄膜无序程度的增加和spP2P杂化键含量的减少,薄膜的力学性能提高;如果薄膜中的spP3P杂化的B-N键和B-C键含量增加,薄膜的力学性能则会进一步提高。本文制备的薄膜的纳米硬度和弹性模量分别位于0.3GPa~36GPa和15GPa~356GPa之间。本文对BCN薄膜的纳米摩擦磨损行为进行了系统地研究,得到了薄膜摩擦磨损特性与结构和力学性能之间的依赖关系。研究表明对于含N的BCN薄膜而言,力学性能增加有利于提高薄膜的耐磨性能;对于不含N的薄膜,虽然硬度很高,但耐磨性能却很差,所以提高薄膜力学性能和提高薄膜耐磨性之间并非完全一致。基于对薄膜摩擦磨损行为的研究,对本文制备的薄膜提出了三种不同类型的薄膜划伤机制和失效过程。具有高力学性能的不含N薄膜,临界载荷小,摩擦系数在0.3左右,在划痕载荷作用下易发生脆性破裂和剥落,随划痕载荷的增加表现出的划伤失效过程为:弹性变形→薄膜出现微小裂纹→薄膜分层、剥落→薄膜被划破;具有较高力学性能的含N的BCN薄膜,临界载荷增大,摩擦系数降至0.1以下,随划痕载荷的增加表现出的划伤失效过程为:完全弹性变形→弹性变形为主,出现少量塑性变形→表层薄膜剥落,薄膜被划破;具有低力学性能的含N的BCN薄膜,临界载荷小,摩擦系数增大至0.4以上,随划痕载荷的增加出现明显的犁沟。为研究BCN薄膜的高温稳定性,本文对典型工艺制备的BCN进行真空和空气退火试验。退火试验表明该BCN薄膜随退火温度增加其结构有序化程度增加、力学性能下降。该BCN薄膜具有很好的真空高温稳定性,退火温度升高到1000PoPC时薄膜仍未分解,且退火未显著降低其耐磨性;薄膜在大气中退火温度达到600PoPC后发生氧化分解。
其他文献
目的分析健康教育在传染病患者中的具体应用效果。方法 50例传染病患者随机分成宣教组和常规组,各25例,常规组使用常规护理方法 ,宣教组在常规组的基础上对患者进行健康宣教,
为了提高微机电系统(MEMS)微型热式剪应力传感器的灵敏度,分析了MEMS微型热式剪应力传感器的热平衡机理,建立其相应的数学物理模型.从理论上分析了传感器的热膜、绝缘层及硅
目的:通过对急性上消化道出血患者的全面护理,旨在探讨出最佳的护理方式提高治疗的临床效率。方法:选择接受急性消化道出血治疗的80例患者,分为护理组与对照组,每组40例,护理
目的:通过动物实验观察一种新型抗返流输尿管支架管的引流通畅性、抗返流性能,探讨新型抗返流输尿管支架管临床应用的可行性。方法:依次对6只实验动物猪的双侧输尿管进行编号
在信息化高速发展的今天,传统的交通管理方式已经不能适应人们快节奏的生活和经济发展的高效率,因而将交通与互联网结合而产生的智慧交通行业迅速发展起来,并且逐渐渗透到了
外语通识教育或通识教育英语(ELE)这个概念最近频繁出现在大学英语教学中,并受到强力推崇和推广,被视为大学英语教学改革的转折点和深化大学英语教改的关键。本文从外语专家
传统民居的传统生态建造经验与价值已得到广泛认可,巴渝地区因特殊的地形与气候,传统民居在热环境的营造上有自身的特点。以重庆江津区龙塘村夯土民居为研究对象,以实地测量
规范的信息披露是维护证券市场公开、公平、公正的根本保证,而会计舞弊却是阻碍我国资本市场健康发展的"毒瘤"。随着我国证券市场的日益完善和国内外舞弊丑闻的不断发生,会计
孔子是一个民族传统文化的缔造者,一个民族的文化积淀和标志。本文记述哈尔滨文庙的一次祭孔大典仪式过程,从中深入的挖掘公祭大典中传统雅乐和舞蹈所蕴含的儒家思想精髓。
国际金融危机后,绿色债券成为国际证券市场的亮点。本文归纳和分析2007年至2015年国际发行的272只绿色债券,分析不同经济体、不同行业绿色债券的发展趋势与特点,分析绿色债券