WC/DLC纳米多层膜微观结构研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)广州有色金属研究院 作者:王􀀁翔

  阳极层流型气体离子源与非平衡磁控溅射复合技术沉积制备WC/DLC纳米多层膜,并在膜/基间设计了中间过渡层。用扫描电镜、拉曼光谱仪、光电子能谱仪、X衍射仪、透射电镜、干涉显微镜等,对WC/DLC纳米多层膜的微观形貌结构进行分析研究。结果表明:沉积的WC/DLC膜层表面致密、光滑细腻;多层调制周期在3~4 nm,多层界面不清晰,形成渐变过渡界面。WC/DLC膜中主要是sp2键中掺杂有一定量的sp3键,WC则以纳米晶结构弥散分布在DLC之中。

  关键词: 非平衡磁控溅射;离子源;WC/DLC纳米多层膜;微观结构

  类金刚石( DLC) 薄膜是近20 年来研究较多的功能薄膜, 它是含有金刚石结构的非晶碳膜, 具有一系列与金刚石薄膜相似或类似的优异性能, 如硬度、弹性模量高、摩擦系数低等力学性能和好的声学、电学性能及化学稳定性等。加上DLC 膜沉积温度低( > 250 度) 、技术相对简单易行, 成本低, 易于工业化生产; 技术日趋完善、发展迅速, 在诸多方面已获应用, 并不断拓展, 产业化和应用前景光明。

  但是, DLC 与金刚石膜相似, 其膜层脆、易崩裂, 极易与基体剥离; 况且, 不同的沉积制备方法与工艺, DLC膜层所获得的硬度差别范围大( 在20~ 80 GPa 之间) ; 近十几年, 随着纳米科学技术的发展, 利用纳米材料的小尺寸效应和量子隧道效应, 将纳米技术与表面技术相结合制备性能更为优异的纳米多层膜, 许多研究结果表明, 当多层膜的调制周期在纳米尺度范围内变化时, 出现所谓的超硬现象。

  当前,纳米多层膜的研究虽然较多, 都基本停留在实验室与机理研究阶段。本研究从工模具的应用技术需求出发, 设计易于工业化生产、成本比较低的阳极层流型气体离子源与非平衡磁控溅射的复合技术, 制备纳米多层WC/ DLC 膜, 研究探讨其微观结构, 为使WC/ DLC 纳米多层膜在工模具上的应用提供一点微观的结构分析。

  (1) 采用阳极层流型气体离子源结合非平衡磁控溅射沉积的WC/ DLC 多层纳米膜, 膜层致密、膜面平整、光滑、细腻; 多层膜的调制周期约为3~ 4nm;

  (2)WC/DLC 多层膜的层间界面不够明晰, 为渐变过程, 层间结合非常良好;

  (3)W 以纳米晶WC、W2C 的形式掺入到非晶DLC 膜当中。

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