脉冲空心阴极放电在金属管内表面沉积类金刚石薄膜.pdf

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1、脉冲空心阴极放电在金属管内表面沉积类金刚石薄膜李世超2015年1月中图分类号：UDC分类号：脉冲空心阴极放电在金属管内表面沉积类金刚石薄膜作者姓名李世超学院名称物理学院指导教师何锋答辩委员会主席欧阳吉庭教授申请学位理学硕士学科专业物理学学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月Depositionofdiamond-likecarbononinnersurfacebypulsehollowcathodedischargeCandidateName：ShichaoLiSchoolorDepart

2、ment:PhysicsFacultyMentor:FengHeChair,ThesisCommittee：Prof.JitingOuyangDegreeApplied:MasterofScienceMajor：PhysicsDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其

3、他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要类金刚石薄膜（Diamond-likecarbon，DLC）具有许多优异的性能，其中高硬度，低摩擦系数、耐磨性等使其在改善金属管内壁性能方面得到良好的应用。利用金属管作为电极形成空心阴极放电可实现直接在管内壁沉积DLC膜，形成一种低成本的DLC薄膜制备方法。由于直流

4、空心阴极放电沉积薄膜时放电电流较小导致沉积时间过短，致使所形成的薄膜性能较低，据此本文主要工作是研究脉冲电源驱动下金属管空心阴极放电特性及管内壁DLC薄膜的沉积。首先，通过测量直流驱动和脉冲驱动下的空心阴极放电的V-I曲线、发光图像和发射光谱等，研究了空心阴极放电的特性及放电条件对其特性的影响，并利+用测得的发射光谱计算出不同放电条件下的CH和Ar的粒子数密度比值。结果表明，脉冲空心阴极放电特性和直流空心阴极放电特性基本相同，直流放电时CH粒子数相对密度随放电电压增大逐渐减小；脉冲放电时在一定的脉冲频

5、率下，CH粒子数相对密度随着放电电压的增大先变大后减小。其次，利用直流驱动下的空心阴极放电在金属管内表面沉积DLC薄膜，研究了不同放电电压、沉积时间、气体配比等条件对DLC薄膜性能的影响。结果3表明，当前实验条件下可以成功的在金属内管上制备DLC膜。薄膜中sp键含3量随着放电电压和沉积时间的增大逐渐减少，CH4的含量过高时薄膜中sp键含量减少。当前实验最优条件下的DLC膜厚度约为300nm，硬度约为303HV。最后，利用脉冲驱动下的空心阴极放电在金属管内表面沉积DLC薄膜，研究了放电电压、脉冲频率、沉

6、积时间对薄膜结构和性能的影响。结果表明，放电3电压和脉冲频率对薄膜中sp键含量的影响是相互；随着沉积时间变长，DLC膜3中sp键的含量增多，薄膜的硬度和厚度变大。关键词：脉冲空心阴极放电；放电特性；类金刚石薄膜；金属内表面；薄膜沉积I北京理工大学硕士学位论文AbstractDiamond-likecarbon(DLC)filmhaslotsofexcellentproperties，suchashighhardness，lowfrictioncoefficient，goodchemicalinertn

7、ess，whichmakesithavegreatprospectinthefieldofinnersurfaceofmetaltubes.ByusingametaltubeasahollowcathodedischargeelectrodewecanachieveDLCfilmsdirectlyontheinnerwallofthetube,therebyformingamethodthatlowcost.ThepropertiesofDLCfilmsdepositedbyDC-HCDarepoor

8、becauselowcurrentandshortdepositiontime.SotheworkofthispaperisstudythecharacteristicsofpulseHCDandtheDLCdepositionontheinnersurfaceofmetaltube.Firstly,thecharacteristicsofDC-HCDandP-HCDincludingtheplasmaimages,thevoltage-currentc