WC/DLC納米多層膜微觀結構研究
陽極層流型氣體離子源與非平衡磁控濺射復合技術沉積制備WC/DLC納米多層膜,并在膜/基間設計了中間過渡層。用掃描電鏡、拉曼光譜儀、光電子能譜儀、X衍射儀、透射電鏡、干涉顯微鏡等,對WC/DLC納米多層膜的微觀形貌結構進行分析研究。結果表明:沉積的WC/DLC膜層表面致密、光滑細膩;多層調制周期在3～4 nm,多層界面不清晰,形成漸變過渡界面。WC/DLC膜中主要是sp2鍵中摻雜有一定量的sp3鍵,WC則以納米晶結構彌散分布在DLC之中。
關鍵詞： 非平衡磁控濺射;離子源;WC/DLC納米多層膜;微觀結構
類金剛石( DLC) 薄膜是近20 年來研究較多的功能薄膜, 它是含有金剛石結構的非晶碳膜, 具有一系列與金剛石薄膜相似或類似的優異性能, 如硬度、彈性模量高、摩擦系數低等力學性能和好的聲學、電學性能及化學穩定性等。加上DLC 膜沉積溫度低( > 250 度) 、技術相對簡單易行, 成本低, 易于工業化生產; 技術日趨完善、發展迅速, 在諸多方面已獲應用, 并不斷拓展, 產業化和應用前景光明。
但是, DLC 與金剛石膜相似, 其膜層脆、易崩裂, 極易與基體剝離; 況且, 不同的沉積制備方法與工藝, DLC膜層所獲得的硬度差別范圍大( 在20~ 80 GPa 之間) ; 近十幾年, 隨著納米科學技術的發展, 利用納米材料的小尺寸效應和量子隧道效應, 將納米技術與表面技術相結合制備性能更為優異的納米多層膜, 許多研究結果表明, 當多層膜的調制周期在納米尺度范圍內變化時, 出現所謂的超硬現象。
當前,納米多層膜的研究雖然較多, 都基本停留在實驗室與機理研究階段。本研究從工模具的應用技術需求出發, 設計易于工業化生產、成本比較低的陽極層流型氣體離子源與非平衡磁控濺射的復合技術, 制備納米多層WC/ DLC 膜, 研究探討其微觀結構, 為使WC/ DLC 納米多層膜在工模具上的應用提供一點微觀的結構分析。
(1) 采用陽極層流型氣體離子源結合非平衡磁控濺射沉積的WC/ DLC 多層納米膜, 膜層致密、膜面平整、光滑、細膩; 多層膜的調制周期約為3~ 4nm;
(2)WC/DLC 多層膜的層間界面不夠明晰, 為漸變過程, 層間結合非常良好;
(3)W 以納米晶WC、W2C 的形式摻入到非晶DLC 膜當中。
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