ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА1 ПОЛУЧЕНИЕ И СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ 5
1.1 Покрытия DLC. Особенности покрытий DLC 5
1.1.1 Структура DLC 10
1.1.2 Свойства DLC 14
1.1.3 Области их применения 16
1.2 Методы получения DLC покрытий 20
1.2.1 Химическое осаждение из газовой фазы 22
1.2.2 Физическое осаждение 24
1.3 Постановка задачи 34
ГЛАВА 2 МЕТОДИКИ ПОЛУЧЕНИЯ И ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ
УГЛЕРОДНЫХ ПОКРЫТИЙ 37
2.1 Описание экспериментальной установки и режимов получения покрытия 37
2.1.1 Получение образцов углеродных покрытий импульсным вакуумно-дуговым методом 37
2.1.2 Получение образцов легированных углеродных покрытий методом
HiPIMS 40
2.2 Методики исследования свойств углеродных покрытий 43
2.2.1 Рамановская спектроскопия 43
2.2.2 Исследование морфологии поверхности углеродных покрытий 45
2.2.3 Методики измерения микротвердости 46
2.2.4 Методика измерения внутренних напряжений 51
2.2.5 Адгезионные и трибологические характеристики 53
2.2.6. Анализ дефектности покрытий 56
ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ И ИХ АНАЛИЗ 57
ГЛАВА 4 ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВНЕДРЕНИЯ
РАЗРАБОТКИ 66
ВЫВОДЫ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 6
Одним из перспективных направлений получения наноматериалов с новыми свойствами представляется использование алмазоподобных углеродных сред. Углерод имеет уникальную способность образовывать связи с различными электронными конфигурациями: sp, sp1и sp3,и на его основе реализуется ряд кристаллических и некристаллических твердых тел с разнообразными свойствами - от алмаза до полимерного углерода и графита.
В современном наноматериаловедении особый интерес исследователей вызывают алмазоподобные углеродные покрытия. Алмазоподобные углеродные покрытия (DLC) впервые появились в 1971 году. DLC был обнаружен случайно во время исследований по парофазному синтезу алмаза. В 1950-х годах был разработан синтез кристаллического алмаза под высоким давлением, но для этого требовалось специальное и дорогостоящее оборудование. Поэтому было проведено много исследований по парофазному синтезу для выращивания кристаллов алмаза из углеводородного газа или паров углерода (газообразная фаза). Во время этого процесса Aisenberg et а1. опубликовал статью об аморфной твердой пленке, в основном состоящей из углерода в 1971 году, которая позже получила название DLC. После этого были разработаны различные процессы и пленки осаждения DLC. Обладая превосходными характеристиками в качестве смазочного материала, такими как низкий коэффициент трения, высокая твердость и химическая стабильность, пленки DLC продвигаются вперед уникальным образом, отличным от парофазного синтеза кристаллического алмаза. В частности, коэффициент низкого трения DLC привлекает внимание в связи с требованием решения экологических проблем, и важность DLC возрастает в снижении расхода топлива на автомобильные двигатели за счет уменьшения трения, вводимого в качестве компонентов привода и компонентов насоса для предотвращения захвата. Исходя из истории процессов получения пленок DLC, в данной работе представлены методы исследования свойств этих покрытии, результат исследовании и их анализ.
В настоящее время проводятся исследования, связанные с возможностью использования метода HiPIMS (high-pоwer impulse mаgnetrоn sputtering) для получения DLC, учитывая положительный опыт его использования при получении твердых покрытий на основе нитридов металлов. Главным преимуществом метода HiPIMS перед дуговыми методами осаждения металлических покрытий и нитридов металлов является отсутствие капельной фазы, что позволяет получать более гладкие и однородные покрытия.
Целью работы является сравнение свойств углеродных покрытий, полученных методами PCАD и HiPIMS, это представляет научный и практический интерес, так как в этих методах используются два принципиально различных механизма генерирования углеродной плазмы (катодное пятно вакуумной дуги и катодное распыление ионами газов).
• Методом HiPIMS получены углеродные покрытия, которые по своим свойствам не уступают покрытиям, описанным в работах [71,72]. Однако по большинству характеристик (твердость, модуль упругости, износостойкость, и др.) эти покрытия существенно уступают покрытиям, полученным методом РСАО. Определяющую роль в данном случае играет соотношение sp3- и sp2-фаз в покрытиях.
• По результатам анализа спектров Рамана структура покрытия, полученного методом HiPIMS, представляет собой промежуточное состояние между nc-G и а-C, с размером sp2кластеров около 1.3 нм. В покрытиях 1а-С, полученных методом PCАD доминирует sp3-фаза.
• Оба типа покрытий имеют приблизительно одинаковую шероховатость поверхности и удельную площадь дефектов.
• Преимуществом покрытий, полученных методом HiPIMS, является более низкий уровень внутренних напряжений, кроме того, адгезионные характеристики покрытий, полученных методом HiPIMS в данной работе, превосходят аналогичные характеристики покрытий, полученных методом PCАD, в связи с этим представляет научный и практический интерес комбинация этих методов.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
