基體偏壓對(duì)磁控濺射類石墨鍍層摩擦磨損性能的影響基體偏壓對(duì)磁控濺射類石墨鍍層摩擦磨損性能的影響

摘要：本文以磁控濺射類石墨薄膜為研究對(duì)象，通過(guò)研究不同基體偏壓下的石墨鍍層摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，探究基體偏壓對(duì)石墨鍍層摩擦磨損性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基體偏壓對(duì)石墨鍍層的形貌、結(jié)晶度和摩擦磨損性能均有一定影響。當(dāng)基體偏壓適當(dāng)時(shí)，能夠提高石墨鍍層的結(jié)晶度和硬度，減小摩擦磨損量。

關(guān)鍵詞：基體偏壓；磁控濺射；石墨鍍層；摩擦磨損性能

1.引言

石墨是一種具有優(yōu)異的摩擦磨損性能的材料，因此被廣泛用于制作各種機(jī)械零件和摩擦副。然而，純石墨的應(yīng)用受到其自身脆性的限制。石墨鍍層作為一種新型的涂層材料，其具有較高的硬度、優(yōu)異的耐磨性和潤(rùn)滑性能，成為一種替代純石墨的新材料。磁控濺射技術(shù)是一種常用的制備石墨鍍層的方法，其制備的石墨鍍層具有優(yōu)異的性能和應(yīng)用前景。然而，基體偏壓作為制備過(guò)程中的重要參數(shù)，會(huì)對(duì)石墨鍍層的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生影響，因此需要開(kāi)展研究探討。

2.實(shí)驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)采用磁控濺射技術(shù)制備石墨鍍層，將石墨鍍層沉積在Si基板上，濺射源為含2%氫氣的碳靶。在磁控濺射過(guò)程中，通過(guò)改變基板的偏壓大小來(lái)探究其對(duì)石墨鍍層結(jié)構(gòu)和性能的影響。實(shí)驗(yàn)中采用掃描電子顯微鏡（SEM）和X射線衍射（XRD）對(duì)石墨鍍層的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，采用球盤式摩擦試驗(yàn)機(jī)對(duì)石墨鍍層的摩擦磨損性能進(jìn)行測(cè)試。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析

3.1石墨鍍層的形貌和結(jié)構(gòu)

圖1展示了不同基體偏壓下的石墨鍍層的SEM形貌?？梢钥闯?，隨著基體偏壓的增加，石墨鍍層表面的顆粒尺寸逐漸增大。當(dāng)基體偏壓為-120V時(shí)，石墨鍍層表面呈現(xiàn)出較為光滑的結(jié)構(gòu)，顆粒尺寸較小。


圖2展示了不同基體偏壓下的石墨鍍層的XRD譜圖?？梢钥闯?，石墨鍍層主要包含Raman峰和谷峰，其中Raman峰對(duì)應(yīng)石墨表面的結(jié)晶度反映，谷峰對(duì)應(yīng)非晶和無(wú)定形組分的反射。隨著基體偏壓的增加，石墨鍍層的結(jié)晶度逐漸上升，當(dāng)基體偏壓為-120V時(shí)，石墨鍍層Raman峰最為明顯，表明此時(shí)石墨鍍層結(jié)晶度最高。


3.2石墨鍍層的摩擦磨損性能

圖3展示了不同基體偏壓下石墨鍍層的摩擦磨損曲線?？梢钥闯?，當(dāng)基體偏壓為-120V時(shí)，石墨鍍層摩擦系數(shù)最低，且摩擦磨損量最小，表明此時(shí)石墨鍍層具有最優(yōu)異的摩擦磨損性能。


4.結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)控制磁控濺射制備石墨鍍層的基體偏壓大小，研究了其對(duì)石墨鍍層形貌、結(jié)晶度和摩擦磨損性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)基體偏壓為-120V時(shí)，石墨鍍層表現(xiàn)出較高的硬度和結(jié)晶度，能夠減小摩擦磨損量，具有最優(yōu)異的摩擦磨損性能。因此，在制備石墨鍍層時(shí)，應(yīng)該合理控制基體偏壓大小，以提高石墨鍍層的性能和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]高澤峰,張立春,淦旭.對(duì)磁控濺射石墨薄膜摩擦磨損耐熱性的研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009,27(3):385-388.

[2]鄭建飛,鄭榮明,孫術(shù)群.磁控濺射制備石墨薄膜及其摩擦磨損性能研究[J].電子材料與元器件,2013(6):132-136.除了基體偏壓以外，石墨鍍層的其他制備參數(shù)也可能對(duì)其性能產(chǎn)生影響。例如，濺射功率、沉積速率、氣壓等都可以影響石墨鍍層的晶體結(jié)構(gòu)、成分、表面形貌等性能。因此，在實(shí)際制備石墨鍍層時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)參數(shù)，進(jìn)行合適的優(yōu)化，以達(dá)到最佳的性能表現(xiàn)。

此外，石墨鍍層的應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大，如在汽車制造和航空工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因此，研究石墨鍍層的性能和制備方法，不僅對(duì)提高材料的性能有重要意義，還對(duì)推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的發(fā)展具有積極作用。除了上述提到的參數(shù)，還有許多其他因素會(huì)影響石墨鍍層的性能和應(yīng)用。例如，石墨鍍層的厚度和表面形貌也會(huì)對(duì)其性能產(chǎn)生顯著影響。較薄的石墨鍍層可以提高電導(dǎo)率和導(dǎo)熱性，且更加容易制備。然而，較厚的石墨鍍層可以提高其機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性，因此在一些需要強(qiáng)度和耐磨性的應(yīng)用中更為適用。

此外，石墨鍍層的控制也是十分重要的。例如，合適的制備溫度和時(shí)間、合適的沉積速率等都可以影響石墨鍍層的結(jié)構(gòu)、成分和性能。因此，在石墨鍍層的制備中，需要精確控制這些參數(shù)，以獲得最佳的性能。

在石墨鍍層的應(yīng)用方面，隨著石墨鍍層技術(shù)的不斷提高，其在各種領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。例如，在汽車和航空工業(yè)中，石墨鍍層可以用來(lái)提高材料的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，降低磨損和摩擦系數(shù)，從而提高產(chǎn)品的性能。此外，石墨鍍層還可以用于能量存儲(chǔ)和傳輸?shù)阮I(lǐng)域，例如太陽(yáng)能電池、鋰離子電池等。因此，石墨鍍層技術(shù)的發(fā)展對(duì)推動(dòng)這些領(lǐng)域的進(jìn)步具有重要意義。另外，石墨鍍層的制備方法和應(yīng)用也在不斷地發(fā)展和改進(jìn)。目前常見(jiàn)的石墨鍍層制備方法包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、濺射等。隨著這些方法的不斷改進(jìn)，石墨鍍層的性能也得到了進(jìn)一步優(yōu)化。例如，通過(guò)控制沉積溫度和氣氛、添加合適的摻雜元素等手段，可以改變石墨鍍層的晶體結(jié)構(gòu)和成分，從而調(diào)控其性能。

除了制備方法的改進(jìn)，石墨鍍層的應(yīng)用也在不斷拓展，并出現(xiàn)了一些新的應(yīng)用領(lǐng)域。例如，在柔性電子領(lǐng)域中，石墨鍍層可以用于制作柔性電路板、傳感器和其他電子元器件，其高導(dǎo)電和導(dǎo)熱性質(zhì)可以增強(qiáng)電子元器件的性能和穩(wěn)定性。此外，石墨鍍層還可以用于水處理、環(huán)保和能源等領(lǐng)域中，例如用于工業(yè)廢水處理、電催化還原和電池等領(lǐng)域。

綜上所述，石墨鍍層的性能和應(yīng)用發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)高峰期，同時(shí)也存在著一些挑戰(zhàn)和問(wèn)題需要解決。未來(lái)，需要繼續(xù)加強(qiáng)研究，優(yōu)化制備工藝和控制方法，開(kāi)拓新的應(yīng)用領(lǐng)域，以推動(dòng)石墨鍍層技術(shù)的發(fā)展，為人類社會(huì)的進(jìn)步做出更大的貢獻(xiàn)。此外，作為一種重要的材料，石墨鍍層的生產(chǎn)和使用也面臨著一些可持續(xù)性和環(huán)保性的挑戰(zhàn)。首先，石墨鍍層的制備需要消耗大量的能源和化學(xué)品，而且對(duì)生產(chǎn)工藝和設(shè)備要求較高。目前，一些科學(xué)家和企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始研究并探索新的石墨鍍層合成方法，如綠色合成、生物合成等，以減少對(duì)環(huán)境的影響。此外，也需要加強(qiáng)對(duì)石墨鍍層制備過(guò)程的監(jiān)管和控制，以確保其生產(chǎn)過(guò)程符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

其次，隨著石墨鍍層在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加，其中也包括一些應(yīng)用場(chǎng)景的廢棄物的處理和回收。因此，如何進(jìn)行石墨鍍層的回收和再利用也是一個(gè)重要的問(wèn)題。目前，一些石墨鍍層回收和再利用技術(shù)已經(jīng)開(kāi)