多层四面体非晶碳膜的热稳定性

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

多层四面体非晶碳膜的热稳定性

韩潇, 朱嘉琦, 周峰, 陈晓丽

文章导航 > 红外与激光工程 > 2012 > 41(1): 144-148

韩潇, 朱嘉琦, 周峰, 陈晓丽. 多层四面体非晶碳膜的热稳定性[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(1): 144-148.

引用本文:

韩潇, 朱嘉琦, 周峰, 陈晓丽. 多层四面体非晶碳膜的热稳定性[J]. 红外与激光工程, 2012, 41(1): 144-148.

HAN Xiao, ZHU Jia-Qi, ZHOU Feng, CHEN Xiao-Li. Thermal stability of multilayer tetrahedral amorphous carbon films[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(1): 144-148.

Citation:

HAN Xiao, ZHU Jia-Qi, ZHOU Feng, CHEN Xiao-Li. Thermal stability of multilayer tetrahedral amorphous carbon films[J]. Infrared and Laser Engineering, 2012, 41(1): 144-148.

多层四面体非晶碳膜的热稳定性

1.
北京空间机电研究所,北京 100076;
2.
哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨 150080

Thermal stability of multilayer tetrahedral amorphous carbon films

1.
Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity,Beijing 100076,China;
2.
School of Astronautics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150080,China

摘要: 为了获得具有一定厚度的四面体非晶碳薄膜，利用过滤阴极真空电弧(FCVA)沉积技术，通过交替改变衬底偏压的方法制备了多层四面体非晶碳(ta?鄄C)薄膜。多层膜由富sp2子膜层Ai与富sp3子膜层Bi交替组成(i=1,2,3)，各子膜层厚度比dAi/dBi约为1.0，总的膜厚约为1 m。根据Stoney公式计算多层膜的各子膜层压应力呈交替起伏变化。多层四面体非晶碳膜在500 ℃以下的真空退火处理后，可见光Raman谱表明，多层膜的富sp3杂化结构基本保持不变，纳米压痕测量的薄膜硬度与杨氏模量略微增加，纳米划擦实验表明，多层膜具有优良的耐磨性与附着性。因此，多层ta?鄄C膜具有优良的力学性能和热稳定性，是一种优异的航空航天用光学元件的表面保护膜。
- 非晶碳 /
- 多层膜 /
- 残余应力 /
- 热稳定性
Abstract: Using the filtered cathodic vacuum arc(FCVA) deposition technique with a process of changing substrate bias, a stable thick multilayer ta-C film was prepared. The multilayer films with a good adhesion consisted of alternating sp2-rich sublayers Ai and sp3-rich sublayers Bi(i=1,2,3). The sublayers thickness ratio dAi/dBi was about 1.0, and the total thickness of the multilayer film was about 1 m. The calculated compressive stress of sublayers by the Stoney formula revealed an alternating wave change. After anealling at 500 ℃ in vacuum, the Raman spectra suggested the multilayer film had a non-changed sp3-rich microstructure. The nanoindentation measurement showed an increasing hardness and Youngs modulus of the multilayer film after annealing. The nanoscratch test showed the favourable scratch resistance and adhesive properties of multilayer film. The results indicate that the multilayer ta-C film has some excellent mechanical properties and thermal stability. The multilayer film is proper for the optical protective coatings for aeronautics and space applications.
- amorphou carbon /
- multilayer films /
- residual stress /
- thermal stability

[1]	Lifshitz Y, Kasi S R, Tabalais J W, et al. Subplantation model for film growth from hyperthermal species [J]. Phys Rev B, 1990, 41: 10468-10480.
[2]
[3]
[4]	.Davis C A. A simple model for the formation of compressive stress in thin films by ion bombardment[J]. Thin Solid Films, 1992, 226: 30-34.
[5]	Pan Yongqiang, Wu Zhensen. Infrared optical properties of hydrogenated amorphous carbon films(a-C:H)[J]. Infrared and Laser Engineering, 2006, 35(6): 777-779. (in Chinese)
[6]
[7]	Gioti M, Logothetidis S, Charitidis C. Stress relaxation and stability in thick amorphous carbon films deposited in layer structure [J]. Appl Phys Lett, 1998, 73: 184-186.
[8]	潘永强, 吴振森．含氢非晶碳膜(a-C:H)红外光学特性的研究[J]．红外与激光工程, 2006, 35(6): 777-779.
[9]
[10]	Sheeja D, Tay B K, Lau S P, et al. Structural and tribological characterization of multilayer ta?鄄C films prepared by filtered cathodic vacuum arc with substrate pulse biasing[J]. Surf Coat Technol, 2000, 132: 228-232.
[11]
[12]	Stoney G G. The tension of metallic films deposited electolysis[C]//Proc R Soc London Ser A, 1909, 82: 172-175.
[13]	Logothetidis S, Gioti M, Charitidis C, et al. Stability, enhancement of elastic properties and structure of multilayered amorphous carbon films[J]. Appl Surf Sci, 1999, 138-139: 244-249.
[14]
[15]
[16]	Friedmann T A, Sullivan J P, Knapp J A, et al. Thick stress?鄄free amorphous tetrahedral carbon films with hardness near that of diamond[J]. Appl Phys Lett, 1997, 71: 3820-3822.
[17]	Ferrari A C, Robertson J. Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon[J]. Phys Rev B, 2000, 61: 14095-14107.
[18]
[19]	McCulloch D G, Xiao X L, Peng J L, et al. The structure and annealing properties of multilayer carbon films[J]. Surf Coating Techol, 2005, 198: 217-222.
[20]
[21]	Zhang L H, Gong H, Wang J P. Kinetics and mechanisms of the thermal degradation of amorphous carbon films [J]. J Appl Phys, 2002, 91: 9646-9651.
[22]
[23]	Pan Yongqiang, Wu Zhensen, Hang Lingxia, et al. Interface roughness of multilayer dielectric optical thin film[J]. Infrared and Laser Engineering, 2009, 38(3): 433-436. (in Chinese)
[24]
[25]	Mcculloch D G, Peng J L, Mckenzie D R, et al. Mechanisms for the behavior of carbon films during annealing[J]. Phys Rev B, 2004, 70: 085406.
[26]
[27]	Siegal M P, Tallant D R, Provencio P N, et al. Untrahard carbon nanocomposite films[J]. Appl Phys Lett, 2000, 76:3052-3054.
[28]	潘永强, 吴振森, 杭凌侠, 等．多层介质薄膜膜层间界面粗糙度及光散射[J]．红外与激光工程, 2009, 38(3): 433-436.
[29]
[30]
[31]

[1]	李晶, 董树林, 金宁, 杨开宇, 杨丹, 徐曼, 普龙. 热像仪的光轴热稳定性仿真及拓扑优化研究 . 红外与激光工程, 2024, 53(1): 20230358-1-20230358-7. doi: 10.3788/IRLA20230358
[2]	李辉, 冀婷, 王艳珊, 王文艳, 郝玉英, 崔艳霞. 基于一维周期性金属-介质薄膜多波段高效吸收体的制备及其光学特性研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 203004-0203004(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0203004
[3]	余霞, 王家秋, 张彬. 薄膜残余应力和表面杂质对变形镜疲劳寿命的影响 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 916002-0916002(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0916002
[4]	张兴权, 纪看看, 王会廷, 戚晓利, 陈彬, 童靳于, 方光武. 激光冲击圆杆曲面诱导的残余应力数值模拟 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 706004-0706004(9). doi: 10.3788/IRLA201948.0706004
[5]	严惠, 王霄, 梁绘昕, 田宗军, 谢德巧, 徐国建. 选区顺序对激光直接制造TC4残余应力及变形的影响 . 红外与激光工程, 2019, 48(2): 242002-0242002(8). doi: 10.3788/IRLA201948.0242002
[6]	韩晶, 邵雅斌, 王君, 肇欣, 高亚臣. 带有矩形孔阵列的Au-介质-Au多层膜的透射特性 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 721001-0721001(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0721001
[7]	徐洋洋, 周建忠, 谭文胜, 孟宪凯, 盛杰, 黄舒, 孙昀杰. 深冷激光喷丸强化2024-T351铝合金的表面力学性能 . 红外与激光工程, 2018, 47(12): 1206002-1206002(8). doi: 10.3788/IRLA201847.1206002
[8]	谢孟芸, 汪诚, 张佩宇, 明继青, 陈辉. 无保护层激光冲击对GH3044涡轮机匣围观组织和性能的影响 . 红外与激光工程, 2018, 47(4): 406005-0406005(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0406005
[9]	李紫慧, 王续跃. 金属复合板激光弯曲过程中翘曲变形数值模拟 . 红外与激光工程, 2018, 47(5): 506004-0506004(7). doi: 10.3788/IRLA201847.0506004
[10]	陆益敏, 郭延龙, 黄国俊, 黎伟, 万强, 唐璜. 脉冲激光沉积低内应力多层类金刚石膜 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 921001-0921001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0921001
[11]	张佩宇, 汪诚, 谢孟芸, 李玉琴, 安志斌. 激光冲击对K403合金激光熔覆修复微观组织和性能的影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(9): 906003-0906003(7). doi: 10.3788/IRLA201746.0906003
[12]	王学德, 罗思海, 何卫锋, 聂祥樊, 焦阳. 无保护层激光冲击对K24镍基合金力学性能的影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(1): 106005-0106005(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0106005
[13]	黄志伟, 张兴权, 章艳, 裴善报, 黄志来, 陈彬. 边界约束条件对薄板激光喷丸诱导残余应力和塑性变形的影响 . 红外与激光工程, 2017, 46(8): 806009-0806009(8). doi: 10.3788/IRLA201746.0806009
[14]	鞠恒, 林成新, 张佳琪, 刘志杰. Fe-Mn-Si形状记忆合金涂层残余应力模拟与测量 . 红外与激光工程, 2017, 46(10): 1017009-1017009(10). doi: 10.3788/IRLA201777.1017009
[15]	卞宏友, 雷洋, 李英, 杨光, 钦兰云, 王维, 韩双隆. 感应预热对激光沉积修复TA15钛合金显微组织和残余应力的影响 . 红外与激光工程, 2016, 45(7): 705003-0705003(6). doi: 10.3788/IRLA201645.0705003
[16]	江帆, 吴清文, 王忠素, 苗健宇, 郭亮, 陈立恒, 杨献伟. 星敏感器支架的结构/热稳定性分析及验证 . 红外与激光工程, 2015, 44(11): 3463-3468.
[17]	沈晓骏, 汪诚, 安志斌, 周留成, 赖志林, 王冠. 斜激光冲击对航空发动机风扇轴弯曲疲劳性能的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(12): 3548-3553.
[18]	杨光, 丁林林, 王向明, 王华明, 钦兰云. 扫描路径对激光修复钛合金残余应力与变形的影响 . 红外与激光工程, 2015, 44(10): 2926-2932.
[19]	李嘉, 朱杰, 张众, 齐润泽, 钟奇, 王占山. Si间隔层对Al(1wt.%Si)/Zr极紫外多层膜热稳定的作用研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(4): 1335-1342.
[20]	李靖, 李军, 何卫锋, 李玉琴, 聂祥樊, 何光宇. TC17 钛合金激光多次冲击强化后组织和力学性能研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(9): 2889-2895.

WeChat

点击查看大图

计量

文章访问数: 425
HTML全文浏览量: 76
PDF下载量: 137
被引次数: 0

多层四面体非晶碳膜的热稳定性

1. 北京空间机电研究所,北京 100076;

2. 哈尔滨工业大学航天学院,黑龙江哈尔滨 150080

刊出日期: 2012-01-25

关键词:

摘要: 为了获得具有一定厚度的四面体非晶碳薄膜，利用过滤阴极真空电弧(FCVA)沉积技术，通过交替改变衬底偏压的方法制备了多层四面体非晶碳(ta?鄄C)薄膜。多层膜由富sp2子膜层Ai与富sp3子膜层Bi交替组成(i=1,2,3)，各子膜层厚度比dAi/dBi约为1.0，总的膜厚约为1 m。根据Stoney公式计算多层膜的各子膜层压应力呈交替起伏变化。多层四面体非晶碳膜在500 ℃以下的真空退火处理后，可见光Raman谱表明，多层膜的富sp3杂化结构基本保持不变，纳米压痕测量的薄膜硬度与杨氏模量略微增加，纳米划擦实验表明，多层膜具有优良的耐磨性与附着性。因此，多层ta?鄄C膜具有优良的力学性能和热稳定性，是一种优异的航空航天用光学元件的表面保护膜。

English Abstract

全文HTML

参考文献 (31)

/

下载: 全尺寸图片幻灯片

分享

用微信扫码二维码

分享至好友和朋友圈

返回