类金刚石(DLC)多层薄膜残余应力调控及其机械性能研究

金属掺杂DLC薄膜及对其物性的研究姓名：***专业：凝聚态物理学号：**********摘要类金刚石（DLC）是一类含有一定量sp3碳杂化键的亚稳态无定形碳材料，具备许多优异的性能，如高硬度、低摩擦系数、良好化学惰性、高红外透光性、优异生物相容性等，在工模具、磁盘、光学窗口、微机电、航空航天、生物医学等诸多领域具有潜在的应用价值。

但因传统沉积方法中的低温等离子体制备DLC 薄膜的生长机制，在形成薄膜关键结构sp3碳键时，常伴随产生高的残余应力，同时存在摩擦性能不稳定、大面积均匀制备困难等关键问题，这使DLC 膜的广泛应用受到极大限制。

目前，Me-DLC薄膜被认为是解决上述关键问题的一种理想技术途径。

作为一篇综述文章，本论文重点介绍一下DLC薄膜的特点，性能和应用以及金属掺杂对DLC薄膜结构，力学性能，残余应力，摩擦学性能的影响，此外简单介绍一下目前金属掺杂DLC存在的问题，及金属掺杂DLC的潜在的应用价值。

关键词：DLC薄膜金属掺杂残余应力目录摘要 (I)1. 前言 (1)2.有关DLC的介绍 (1)2.1 DLC薄膜的结构 (1)2.2 DLC膜的制备方法 (3)3. Me-DLC的介绍 (4)3.1 Me-DLC膜的发展及现状 (4)3.2 Me-DLC膜的结构和性能 (5)3.2.1 金属掺杂对DLC膜微结构的影响 (5)3.2.2 金属掺杂对DLC膜碳结构的影响 (6)3.2.3 金属掺杂对DLC膜残余应力的影响 (6)3.2.4 金属掺杂对DLC膜摩擦学性能的影响 (7)4. 金属掺杂DLC潜在的应用价值 (7)参考文献 (8)1. 前言金刚石具有很多优异性能，如高硬度、高导热性、良好的透光性以及化学惰性等，在自然界所有的材料中均是首屈一指的。

随着人们对金刚石的深入研究和广泛应用，对金刚石的工业需求日益增多，人们对硬质碳素材料有了更进一步的需求和探索, 因此人们渴望找到其它一种可以替代金刚石的功能材料。

金刚石薄膜的性质、制备及应用金刚石薄膜因其独特的物理、化学性质而备受。

作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在许多领域具有广泛的应用前景。

本文将详细探讨金刚石薄膜的性质、制备方法以及在各个领域中的应用，旨在为相关领域的研究提供参考和借鉴。

金刚石薄膜具有许多优异的物理和化学性质。

金刚石是已知的世界上最硬的物质，其硬度远高于其他天然矿物。

金刚石的熔点高达3550℃，远高于其他碳材料。

金刚石还具有优良的光学和电学性能。

其透明度较高，可用于制造高效光电设备。

同时，金刚石具有优异的热导率和电绝缘性能，使其在高温和强电场环境下具有广泛的应用潜力。

制备金刚石薄膜的方法主要有物理法、化学法和电子束物理法等。

物理法包括热解吸和化学气相沉积等，可制备高纯度、高质量的金刚石薄膜。

化学法主要包括有机化学气相沉积和溶液法等，具有沉积速率快、设备简单等优点。

电子束物理法是一种较为新兴的方法，具有较高的沉积速率和良好的薄膜质量。

各种方法的优劣和适用范围因具体应用场景而异，需根据实际需求进行选择。

光电领域：金刚石薄膜具有优良的光学性能，可用于制造高效光电设备。

例如，利用金刚石薄膜制造的太阳能电池可将更多的光能转化为电能。

金刚石薄膜还可用于制造高品质的激光器、光电探测器和光学窗口等。

高温领域：金刚石的熔点高达3550℃，使其在高温环境下具有广泛的应用潜力。

例如，金刚石薄膜可应用于高温炉的制造，提高炉具的耐高温性能和加热效率。

金刚石薄膜还可用于制造高温传感器和热电偶等。

高压力领域：金刚石具有很高的硬度，使其在高压环境下保持稳定。

因此，金刚石薄膜可应用于高压设备的制造，如高压泵、超高压测试仪器等。

金刚石薄膜还可用于制造高精度的光学镜头和机械零件等。

本文对金刚石薄膜的性质、制备及应用进行了详细的探讨。

作为一种具有高硬度、高熔点、优良光学和电学性能的材料，金刚石薄膜在光电、高温、高压力等领域具有广泛的应用前景。

第48卷第4期 2020年4月硅 酸 盐 学 报Vol. 48，No. 4 April ，2020JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY DOI ：10.14062/j.issn.0454-5648.20190416类金刚石薄膜热稳定性及热磨损机理研究进展黄 雷，袁军堂，李 超，汪振华(南京理工大学机械工程学院，南京 210094)摘 要：类金刚石(DLC)薄膜作为典型的固体润滑剂，耐热性差一直是制约其高温服役性能以及产业化推进的主要原因之一。

高温将直接影响DLC 碳基骨架稳定性，进而限制其优异摩擦学性能的发挥。

分别从DLC 热稳定性影响因素、热稳定性研究方法以及热磨损机理研究进展3个方面展开介绍，分析未来的发展趋势，以期为DLC 高温环境下服役性能研究提供技术参考。

关键词：类金刚石；热稳定性；热磨损机理中图分类号：TG711 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2020)04–0599–09 网络出版时间：2019–12–25Research Progress on Thermal Stability and Thermal Wear Mechanismof Diamond-like Carbon FilmsHUANG Lei , YUAN Juntang , LI Chao , WANG Zhenhua(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)Abstract: Diamond-like carbon (DLC) regarded as a typical solid lubricant has been dramatically restricted by internal weak thermostability, which further shortens the intrinsic service life and obstructs its industrialization. While working at elevated temperatures, the carbon matrix of DLC changes along with the deterioration of its superior tribological performance. In this paper, the latest progress on thermal stability and thermal wear mechanism of DLC film were reviewed and future research direction was proposed as well, aiming to provide technical reference for the studies on high-temperature service performance of DLC film.Keywords: diamond-like carbon; thermal stability; thermal wear mechanism类金刚石(DLC)薄膜是一类包含金刚石sp 3杂化结构和石墨sp 2杂化结构的亚稳态非晶体，作为典型的固体润滑材料，集高硬度、低摩擦、减摩耐磨特性于一身[1‒4]。

图片简介:本技术介绍了一种固体润滑薄膜及其制备方法和用途。

所述固体润滑薄膜包括由MoS2层和Mo S N复合层交替连接形成的多层结构膜，所述MoS2层和Mo S N复合层的厚度均为纳米级厚度，所述Mo S N复合层为N掺杂MoS2复合层。

本技术的固体润滑薄膜中，纳米级厚度的MoS2层和Mo S N复合层交替堆叠，得到纳米级或微米级的多层结构膜，所得固体润滑薄膜呈现为高强度、低摩擦、长寿命等优异性能的真空润滑，有效实现了过渡族金属二硫化物基固体润滑薄膜机械性能和润滑性能的协同优化。

技术要求1.一种固体润滑薄膜，其特征在于，所述固体润滑薄膜包括由MoS2层和Mo-S-N复合层交替堆叠形成的多层结构膜，所述MoS2层和Mo-S-N复合层的厚度均为纳米级厚度，所述Mo-S-N复合层为N掺杂的MoS2基复合层。

2.根据权利要求1所述的固体润滑薄膜，其特征在于，所述多层结构膜的层数为至少两层；优选地，所述多层结构膜的厚度为1μm-3μm；优选地，所述MoS2层和Mo-S-N复合层的单层厚度独立地为6nm-30nm，优选为9nm-15nm；优选地，所述Mo-S-N复合层中，N元素的掺杂量为1at.％-10at.％，优选为4at.％-6at.％。

3.根据权利要求1或2任一项所述的固体润滑薄膜，其特征在于，所述固体润滑薄膜负载在基底上，所述基底优选为钢材；优选地，所述基底和固体润滑薄膜之间还设置有Ti过渡层。

4.如权利要求1-3任一项所述的固体润滑薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：采用MoS2靶材，利用反应磁控溅射方法，通过改变沉积气氛，在基底表面交替形成MoS2层和Mo-S-N复合层，得到固体润滑薄膜。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在形成MoS2层和Mo-S-N复合层之前，在基底表面制备Ti过渡层；优选地，制备Ti过渡层的方法为：采用Ti靶进行磁控溅射。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，在基底表面交替形成MoS2层和Mo-S-N复合层的方法包括：(1)采用MoS2靶材进行磁控溅射，在通入工作气体和氮源气体的条件下，对基底进行沉积，制备Mo-S-N 复合层；(2)继续通入工作气体，停止通入氮源气体，对基底进行沉积，制备MoS2层；(3)依次重复步骤(1)和步骤(2)，直至达到固体润滑薄膜的预设厚度；或者，在基底表面交替形成MoS2层和Mo-S-N复合层的方法包括：(1')采用MoS2靶材进行磁控溅射，在通入工作气体条件下，对基底进行沉积，制备MoS2层；(2')继续通入工作气体，并通入氮源气体，对基底进行沉积，制备Mo-S-N复合层；(3')依次重复步骤(1')和步骤(2')，直至达到固体润滑薄膜的预设厚度。

装 备 环 境 工 程第19卷 第2期·106·EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING 2022年2月收稿日期：2021-12-05；修订日期：2022-01-19 Received ：2021-12-05；Revised ：2022-01-19基金项目：国家自然科学基金项目（51301181）；天津市科技重大专项（18ZXJMTG00050）；天津市自然科学基金（19JCYBJC17100）；天津市科技特派员项目（20YDTPJC01460）Fund ：The National Nature Science Foundation of China (51301181), Tianjin Science and Technology Major Project (18ZXJMTG00050), Tianjin Natural Science Foundation (19JCYBJC17100), Special Commissioner Project of Tianjin Science & Technology (20YDTPJC01460) 作者简介：张士勇（1996—），男，硕士研究生，主要研究方向为硬质薄膜和高温防护涂层。

Biography ：ZHANG Shi-yong (1996—), Male, Postgraduate, Research focus: thin hard films and high temperature protective coatings. 通讯作者：刘艳梅（1976—），女，硕士，副教授，主要研究方向为硬质薄膜。

Corresponding author ：LIU Yan-mei (1976—), Female, Master, Associate professor, Research focus: thin hard films.引文格式：张士勇, 刘艳梅, 张雅倩, 等. AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN 多层复合涂层的研究[J]. 装备环境工程, 2022, 19(2): 106-114. ZHANG Shi-yong, LIU Yan-mei, ZHANG Ya-qian, et al. Research on the AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN Multilayer Coatings[J]. Equipment Environmental Engineering, 2022, 19(2): 106-114.AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的研究张士勇，刘艳梅，张雅倩，郭桦帅，王铁钢（天津职业技术师范大学 天津市高速切削与精密加工重点实验室，天津 300222）摘要：目的 解决硬质合金刀具高速干切削难加工材料面临效率低、寿命短的难题，提升刀具涂层的耐热能力，在AlCrSiN 涂层中周期性植入AlCrON 热屏障层，并在其两侧沉积AlCrN 层进行包夹，改善含氧层的韧性，既能保持涂层刀具较高的强度，又能改善其耐热能力。

光学薄膜技术及其应用张三1409074201摘要：介绍了传统光学薄膜的原理，根据薄膜干涉的基本原理及其特点，介绍了光学薄膜的性能、制备技术，研究了光学薄膜在的应用和今后的发展趋势。

关键词：光学薄膜、薄膜干涉、应用、薄膜制备引言：光学薄膜是指在光学玻璃、光学塑料、光纤、晶体等各种材料的表面上镀制一层或多层薄膜，基于薄膜内光的干涉效应来改变透射光或反射光的强度、偏振状态和相位变化的光学元件，是现代光学仪器和光学器件的重要组成部分。

光学薄膜技术的发展对促进和推动科学技术现代化和仪器微型化起着十分重要的作用，光学薄膜在各个新兴科学技术中都得到了广泛的应用。

本文在简单叙述薄膜干涉的一些相关原理的基础上，介绍了光学薄膜常见的几种制备方法，研究了光学薄膜技术的相关应用，并且展望了光学薄膜研究的广阔前景。

正文：1.光学薄膜的原理光学薄膜的直接理论基础是薄膜光学, 它是建立在光的干涉效应基础上的、论述光在分层介质中传播行为。

一列光波照射到透明薄膜上，从膜的前、后表面或上、下表面分别反射出两列光波，这两列相干光波相遇后叠加产生干涉。

该理论可以比较准确地描述光在数十微米层、纳米层甚至原子层厚的薄膜中的传播行为,由此设计出不同波长、不同性能、适应不同要求的光学薄膜元件。

2.光学薄膜的性质及功能光学薄膜最基本的功能是反射、减反射和光谱调控。

依靠反射功能, 它可以把光束按不同的要求折转到空间各个方位；依靠减反射功能，它可以将光束在元件表面或界面的损耗减少到极致, 完美地实现现代光学仪器和光学系统的设计功能；依靠它的光谱调控功能, 实现光学系统中的色度变换, 获得五彩缤纷的颜色世界。

不仅如此, 光学薄膜又是光学系统中的偏振调控、相位调控以及光电、光热和光声等功能调控元件, 光学薄膜的这些功能, 在激光技术、光电子技术、光通信技术、光显示技术和光存储技术等现代光学技术中得到充分的应用, 促进了相关技术和学科的发展。

3.传统光学薄膜和新型光学薄膜3.1传统光学薄膜传统的光学薄膜是以光的干涉为基础。

国内外第四代金刚石半导体材料发展现状第四代金刚石半导体材料是指在金刚石材料基础上研发出的新一代半导体材料。

金刚石是一种具有优异物理和化学性质的材料，在高温、高压、高电子流密度等条件下具有出众的电子传导性和热传导性能。

因此，第四代金刚石半导体材料具有潜在的广泛应用前景，尤其在高功率电子器件、光电子器件以及生物传感器等领域具有巨大的发展潜力。

在国内，第四代金刚石半导体材料的研究开始于上世纪80年代末。

当时，中国科学院物理研究所等单位开始进行金刚石薄膜的研究。

经过多年的努力，中国科学家们成功地制备出了高质量的金刚石薄膜材料，并研发出了金刚石基础电子器件。

目前，国内的第四代金刚石半导体材料研究主要集中在金刚石薄膜的制备与改性、金刚石电子器件的设计与制备等方面。

为了提高金刚石薄膜的质量，科研人员采用了化学气相沉积（CVD）技术、磁控溅射（MPS）技术等不同的制备方法，并对加工条件进行了优化。

此外，为了提高金刚石薄膜的电子性能，一些研究人员对金刚石薄膜进行了掺杂改性，例如氮、硼、磷等元素的掺杂，以提高其电导率和其他电学性能。

同时，科研人员还结合金刚石与其他半导体材料的异质结构的特点，研发出了金刚石异质结构器件，如金刚石/石墨烯和金刚石/碳化硅异质结构材料。

在国际上，第四代金刚石半导体材料的研究也取得了一系列突破。

美国、日本、德国等国家的科研机构和企业，都在积极进行着第四代金刚石半导体材料的研究和开发。

在美国，卡内基梅隆大学（Carnegie Mellon University）的研究人员成功地将金刚石薄膜与碳纳米管集成在一起，形成了新型的金刚石薄膜异质结构材料。

这种材料具有优秀的电子传输性能，在新一代光电半导体器件中具有广泛的应用前景。

在日本，东京大学的研究人员利用分子束外延（MBE）技术成功地制备出了高质量的金刚石薄膜材料，并将其应用于高功率电子器件中。

他们的研究成果为金刚石半导体材料的进一步发展提供了重要的理论和技术基础。

表面技术第53卷第8期DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望汤鑫1，王静静1*，李伟1，胡月1，鲁志斌2，张广安2（1.上海理工大学 材料与化学学院，上海 200093；2.中国科学院兰州化学物理研究所 固体润滑国家重点实验室，兰州 730000）摘要：类金刚石（DLC）薄膜是一种良好的固体润滑剂，能够有效延长机械零件、工具的使用寿命。

DLC 基纳米多层薄膜的设计是耐磨薄膜领域的一项研究热点，薄膜中不同组分层具备不同的物理化学性能组合，能从多个角度（如高温、硬度、润滑）进行设计来提升薄膜力学性能、摩擦学性能以及耐腐蚀性能等。

综述了DLC多层薄膜的设计目的与研究进展，以金属/DLC基纳米多层膜、金属氮化物/DLC基纳米多层膜、金属硫化物/DLC基纳米多层膜以及其他DLC基纳米多层膜为主，对早期研究成果及现在的研究方向进行了概述。

介绍了以上几种DLC基纳米多层膜的现有设计思路（形成纳米晶/非晶复合结构、软/硬交替沉积，诱导转移膜形成，实现非公度接触）。

随后对摩擦机理进行了分析总结：1）层与层间形成特殊过渡层，提高了结合力；2）软/硬的多层交替设计，可以抵抗应力松弛和裂纹偏转；3）高接触应力和催化作用下诱导DLC中的sp3向sp2转化，形成高度有序的转移膜，从而实现非公度接触。

最后对DLC基纳米多层膜的未来发展进行了展望。

关键词：DLC基纳米多层膜；力学性能；摩擦学性能；摩擦机理；结构中图分类号：TH117.1；TH142.2文献标志码：A 文章编号：1001-3660(2024)08-0052-11DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2024.08.005Research Progress and Prospects on Tribological Propertiesof DLC Based Nano-multilayer FilmsTANG Xin1, WANG Jingjing1*, LI Wei1, HU Yue1, LU Zhibin2, ZHANG Guang'an2(1. School of Materials and Chemistry, Shanghai University of Technology, Shanghai 200093, China; 2. State Key Laboratory ofSolid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China)ABSTRACT: Friction and wear can cause surface damage of materials, especially metal materials, and shorten the service life of work pieces. DLC (diamond-like carbon) is an amorphous carbon film composed of mixed structures, usually formed by the mixture of sp2 carbon and sp3 carbon. With high hardness, low friction coefficient, good chemical inertness and biocompatibility, DLC is a kind of film with great potential, which has a wide range of applications in mechanical, electrical, biomedical engineering and other fields. Its super-hard, wear-resistant and self-lubricating properties meet the technical requirements of the modern manufacturing industry. It is widely used as solid lubricant for the surfaces of contact parts that rub against each other.收稿日期：2023-05-08；修订日期：2023-10-12Received：2023-05-08；Revised：2023-10-12基金项目：中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室开放课题（LSL-2205）；上海高校青年教师培养资助计划Fund：Open Project of State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences (LSL-2205); Shanghai University Youth Teacher Training Assistance Program引文格式：汤鑫, 王静静, 李伟, 等. DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望[J]. 表面技术, 2024, 53(8): 52-62.TANG Xin, WANG Jingjing, LI Wei, et al. Research Progress and Prospects on Tribological Properties of DLC Based Nano-multilayer Films[J]. Surface Technology, 2024, 53(8): 52-62.*通信作者（Corresponding author）第53卷第8期汤鑫，等：DLC基纳米多层膜摩擦学性能的研究进展与展望·53·Compared with single-layer DLC films with single component, DLC based nano-multilayer films with alternating layers of two or more components can improve the mechanical and tribological properties better, which is due to that different layers in the nano-multilayer films have different combinations of physical and chemical properties. Therefore, it can be designed from many aspects (such as high temperature, hardness, lubrication, and corrosion) to improve the mechanical properties, tribological properties and corrosion resistance of the films. Usually, the nano-multilayer films have good impact resistance and plastic deformation resistance ability, which can effectively inhibit the formation and propagation of cracks, and have a good cycle service life under high load conditions.In this paper, DLC based nano-multilayer films were systematically reviewed, including metal/DLC based nano-multilayer films, metal nitride/DLC based nano-multilayer films, metal sulfide/DLC based nano-multilayer films and other DLC based nanolayer films. Firstly, the design background and concept of DLC multilayer thin films were elaborated. The design idea of multilayer films was to form a gradient mixing interface between multilayers to achieve gradient changes in composition and properties. This multilayer structure could produce unique structural effects, which could effectively reduce various stresses generated during the friction process, and significantly improved the adhesion strength between film and substrate and the overall elastic modulus of the film, which had important significance for the structure evolution of DLC based nano-multilayer films and the interface action mechanism. Then, the friction mechanisms were summarized. The main friction mechanisms of DLC multilayer films were concluded as follows: 1) The nanocrystalline/amorphous structure was formed, which improved the binding force between the layers and reduced the shear force and friction force; 2) The soft/hard multilayer alternating design resisted stress relaxation and crack deflection; 3) Under the action of pressure, the amorphous carbon layer was induced to forma two-dimensional layered structure to achieve incommensurate contact and effectively reduce friction and wear. Finally, thefuture development of DLC-based nano-multilayer films was forecasted. To improve the tribological properties of DLC composite films under extreme, varied and complex conditions, it is necessary to carry out researches from multiple perspectives: 1) Establishing a multi-material system, which combines doping and multilayer gradient design; 2) Regulating the crystal growth rate and increasing the deposition rate and density of the films by multi-technology co-preparation;3) Establishing a more scientific model to study the friction mechanism of DLC.KEY WORDS: DLC based nano-multilayer films; mechanical properties; tribological properties; friction mechanism; structure摩擦磨损现象广泛存在于机械零件的直接接触中，如机械传动、齿轮咬合。

金刚石-铜复合材料界面调控与导热性能研究金刚石/铜复合材料界面调控与导热性能研究摘要金刚石/铜复合材料由于其出色的导热性能和机械强度，被广泛应用于工程领域。

然而，金刚石和铜之间的界面结构和相互作用对复合材料的性能有着重要影响。

本文通过界面调控技术，研究金刚石/铜复合材料的界面结构调控与导热性能，并对不同界面结构对复合材料性能的影响进行探讨。

研究结果表明，通过界面调控可以有效提升金刚石/铜复合材料的导热性能，实现界面的完全结合。

本研究为金刚石/铜复合材料的应用提供了有益的指导和理论基础。

关键词：金刚石/铜复合材料；界面调控；导热性能；界面结构一、引言金刚石/铜复合材料由于其出色的导热性能和机械强度，在工程领域得到了广泛应用。

金刚石具有极高的导热系数和硬度，而铜具有良好的导热性能和可加工性，两者的结合可以发挥其各自优势，满足高传热要求和机械强度。

因此，研究金刚石/铜复合材料的界面结构和相互作用，对于提高复合材料的导热性能具有重要意义。

二、界面调控技术金刚石和铜之间的界面结构和相互作用对于复合材料的导热性能和力学性能有着重要影响。

传统的金刚石/铜复合材料制备方法主要包括热压法和爆炸焊接法。

然而，这些方法在界面结构的控制和优化上存在一定的难度。

近年来，界面调控技术的发展为解决这一问题提供了新思路。

界面调控技术包括表面改性、界面结合剂和界面交联等方法。

表面改性通过改变金刚石表面的化学性质和形貌，增加其与铜的黏附力和界面结合强度。

界面结合剂通过在金刚石和铜之间添加过渡层或界面材料，增强其界面结合强度和稳定性。

界面交联通过界面掺杂、交联剂和界面交联反应等方式，提高金刚石/铜界面的结合力和导热性能。

三、导热性能研究金刚石/铜复合材料的导热性能直接影响材料的应用效果。

导热性能研究主要包括热导率和界面热阻的测量。

热导率是材料导热能力的指标，常用的测试方法包括热导率仪器测试和稳态热传导法等。

研究结果表明，通过界面调控可以显著提高金刚石/铜复合材料的热导率。

残余应力对涂层材料性能的影响及测量方法高鹏【摘要】简述了两种涂层沉积工艺:化学气相沉积(CVD)和物理气相沉积(PVD),并介绍了CVD制备氧化铝涂层的现状;简述了涂层材料存在的力学问题,及残余应力对涂层性能的影响;介绍了常见的残余应力测量方法,展望了拉曼光谱在氧化铝涂层残余应力测量中的发展前景.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2018(031)006【总页数】4页(P199-202)【关键词】沉积工艺;涂层材料;残余应力;拉曼光谱【作者】高鹏【作者单位】天津职业技术师范大学机械工程学院,天津 300222【正文语种】中文【中图分类】TH740 引言随着机械工业的发展和微机电系统的兴起，涂层材料和涂层技术已经成为材料科学和工程研究领域的重点之一。

涂层材料指的是与相对较厚基底结合的涂层、多层涂层材料、基底上的图案涂层和无支撑涂层。

涂层材料已经应用于各种领域，根据人们需求能够实现各种功能。

例如，具有高温稳定性和低热传导的热障涂层可以在高温环境下保护结构材料[1]；硬质合金刀具涂层可以使经常受到摩擦磨损的刀具的使用寿命大大延长[2]；同时，压电涂层材料等广泛应用于微机电系统[3]。

任何黏结在基底上的涂层都在其厚度尺寸范围内承受着某种残余应力，残余应力的存在不仅影响着涂层物理性质和晶体缺陷生成，而且会直接导致涂层破裂、脱落，因此涂层结构中产生的残余应力极大地影响了涂层工具的性能。

已有的氧化铝涂层研究的相关报道，多聚焦于涂层的微观结构、组织成分、工艺参数及摩擦磨损性能[4-6]，但是对于涂层存在的残余应力的研究并不充分。

笔者介绍了涂层常见的沉积方法及几种涂层应力测量的方法，并对近年来国内外氧化铝涂层残余应力的研究进展作出了评述，对拉曼光谱法测量氧化铝涂层残余应力的发展前景作出了展望。

1 涂层沉积方法物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)是将材料原子逐一从一个或多个源转移到基底上的沉积涂层生长表面的最常见的方式。

真空科学与技术学报CHINESE JOURNAL OF VACUUM SCIENCE AND TECHNOLOGY第40卷第11期2020年11月1079铃掺杂对类金刚石薄膜的结构和光学带隙的影响邵智清黄泽怀 朱丽雯 蒋爱华* * (桂林理工大学理学院桂林541004)收稿日期:2020-06-22基金项目：国家自然科学基金项目(11364011 )；广西自然科学基金项目(No. 2017GXNSFAA198121)* 联系人:E-mail ；jah@ glut. edu. cnSynthesis and Characterization of Hf-Doped Diamond-Like - C arbon CoatingShao Zhiqing , Huang Zehuai , Zhu Liwen , Jiang Aihua * (Guilin University of Technology , College of Science , Guilin 541004, China)Abstract The Hf-doped diamond-like-carbon ( DLC ) coatings were deposited by magnetron co-sputtering ofHf and C targets with CH 4 as the C-source on substrates of Si and glass. The influence of the Hf-content on the mi ­crostructures and optical band gap was investigated with X-ray diffraction , scanning electron microscopy , energy dis ・ persive spectroscopy , Fourier transform infrared and ultraviolet visible ( UV-Vis) spectroscopy. The results show thatthe Hf-content had a major impact. Specifically , as the Hf-content increased , the density of Hf-C nano-particles in ­creased ,the surface compactness improved simply because of decreasing grain-size ； the optical band-gap decreased to 1. 12 ~ 1. 85 eV , resembling to that of semiconductor materials ； and the sp 2C ratio decreased , accompanied by anincreasing density of tt 〜it * band. We suggest that the optical band gap of the Hf-doped DLC coatings may be tai ­lored with appropriate Hf-content.Keywords Diamond-like carbon thin film , Hf doping , Magnetron sputtering , Optical band gap摘要 以甲烷为源气体，高纯碳和金属钳为靶材,采用双靶共溅射磁控技术制备了诒掺杂类金刚石(Hf ・DLC)薄膜，通过 现代分析测试技术手段对薄膜的表面形貌、键合结构、化学组成和光学性能等进行表征、分析。

摩擦学研究的进展与趋势一、引言摩擦学是一门与机械表面界面科学密切相关的学科，它主要研究相对运动表面之间的摩擦、磨损和润滑规律及其控制技术。

它涉及传统机械加工、交通运输、航空航天、海洋、化工、生物工程等诸多工业领域。

统计资料显示，摩擦消耗掉全世界约1/3的一次能源，磨损致使大约60%的机器零部件失效，而且50%以上的机械装备恶性事故都起源于润滑失效或过度磨损。

欧美发达国家每年因摩擦、磨损造成的经济损失占其国民生产总值（GNP）的2%～7%，而在工业生产中应用摩擦学知识和研究成果可以节约的费用占GNP的1.0%～1.4%［1］。

我国已经成为制造大国，但远不是制造强国，在生产与制造过程中对资源和能源的浪费严重，单位国内生产总值（GDP）能耗约为日本的8倍，欧盟的4倍，世界平均水平的2.2倍，若按GDP的5%计算，2014年我国摩擦、磨损造成的损失达31800亿元，因此，开发和应用先进摩擦与润滑技术实现能源与资源节约的潜力巨大。

另外，机械产品中的摩擦界面除了起到传递运动和能量的作用，还可具备防腐、减阻、吸声等特殊功能，对机械系统的效率、精度、可靠性和寿命等性能具有重要的甚至是决定性的作用。

摩擦学理论与技术可用于改善机械系统工作效率、延长使用寿命、减少事故发生，为解决人类社会发展面临的能源短缺、资源枯竭、环境污染和健康问题提供有效的解决方案。

人类很早就在生活和生产实践中应用摩擦与润滑技术，而对摩擦规律的科学探索也已有数百年的历史［2］。

早在15世纪，意大利的列奥纳多·达·芬奇就开始对摩擦学理论进行探索，1785年法国摩擦学及物理学家库仑提出干摩擦的机械啮合理论，英国的鲍登等人于1950年提出了黏着摩擦理论。

关于润滑，英国人雷诺于1886年根据前人观察到的流体动压现象，总结出流体动压润滑的基本理论，其后相继发展出了边界润滑（1921年）、2014—2015机械工程学科发展报告（摩擦学）弹性流体动力润滑（1949年）和薄膜润滑（1990年）理论。