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C2H2流量对反应溅射石墨制备非晶碳膜层结构及性能影响研究

乙炔；反应溅射；非晶碳；微观结构；力学性能；摩擦学性能

目的：研究反应溅射石墨制备非晶碳过程中乙炔流量变化对非晶碳微观结构、力学性能及摩擦学性能影响规律 方式：通过在乙炔气氛中反应溅射石墨靶，调控乙炔流量制备了不同结构的非晶碳膜层，采用X射线光电子能谱仪、激光共聚焦拉曼光谱仪分析膜层的微观结构，采用纳米压痕仪表征膜层的力学性能，采用球盘式摩擦磨损试验机、白光干涉仪和光学显微镜表征膜层摩擦学性能。结果：通过反应溅射法制备了致密均匀的非晶碳，分析发现所有薄膜表层含有一定量O元素（6.36 at.%-13.86 at.%）,Ar+刻蚀后大部分膜层O含量可降至1at.%以下；随乙炔流量增加，膜层H、E和H³/E²均呈先增后减的趋势，乙炔流量10 sccm时，膜层硬度和弹性模量达到最大值，分别为27.93 GPa和233.55 GPa；摩擦学性能测试结果显示，膜层平均摩擦系数在0.09-0.11之间，启动阶段摩擦系数随H含量增加呈降低趋势，5 sccm试样膜层的耐磨性最高，磨损量最小，为0.72×10^-16 m³/Nm 结论：通过调节反应溅射石墨过程中的乙炔流量可调控非晶碳中sp³/sp²、H含量，进而达到调控非晶碳力学性能、摩擦学性能的目的。