在鉬材上成長鑽石和類鑽石薄膜及其磨潤特性

Abstract

本實驗採用微波電漿化學氣相沉積法, 以 和 為反應氣體, =1vol%, 總 流量 100sccm, 底材溫度 800∼1000℃, 微波功率 130∼220W, 內壓40torrs,在Mo材 上沉積鑽石與類鑽石膜。沉積之前給予底材五種不同的表面前處理。在此探討沉積溫 度和表面前處理對於沉積膜的成核與成長、結晶性質和表面形態的影響, 並且針對此 膜的磨潤性質來加以研究。沉積膜以 SEM、XRD 、ESCA和EPMA等方法來分析與鑑定。 結果顯示這些膜的結晶性和成核密度與底材的溫度有關, 在較高的溫度 (980℃), 是 以 {100}面的結晶為主, 而在較低的溫度(940℃以下) 則以 {111}面的結晶為主。當 底材表面的溫度為 900℃時, 可得到最大的成核密度。由 XRD和EPMA的分析指出, 在 鉬材上沉積鑽石和類鑽石膜時, 在底材表面會由於碳的擴散而形成一層厚的 (>10μm ) C, 然後鑽石與類鑽石於其上成核與成長。實驗的結果也指出, 經過鑽石膏(1μ m)和碳化矽粉(#600)的刮痕處理, 可得到很高的成核速率, 而後者所沉積之膜具有較 大的表面粗糙度。 本實驗並且利用自行設計之針盤式 (pin-on-disc)磨耗試驗機, 以黃銅車成針並且使 用機油做為潤滑劑來測試此膜的磨潤性質。結果指出, 在無潤滑之下, 磨擦係數隨著 荷重的增加幾乎呈線性地昇高, 最後達到一穩定態(0.12∼0.14)。相反的在有潤滑之 下, 則呈現出低的磨擦係數 (<0.04)。不管有無潤滑, 在低荷重 (<100g)下, 兩小時 膜具有比四小時膜為低的磨擦係數。而在高荷重下 (>200g)則相反。