不同退火温度下a-C:Si涂层的热稳定性研究

• 作者: 唐昆 张健 张家豪 张明军 李典雨 毛聪 胡永乐 谭可成
• 来源期刊: 表面技术
• 学科: 工学
• 关键词: 退火温度 磁控溅射 a-C:Si涂层 热稳定性 sp3-sp3键转化 分子动力学
• 年，卷（期）: 2020,（6）
• 所属期刊栏目: 表面失效及防护
• 页码范围: 244-252
• 页数: 9页
• 分类号: TG174.442
• 字数: 5206字
• 语种: 中文
• DOI: 10.16490/j.cnki.issn.1001-3660.2020.06.029

摘要

目的 在碳化硅基底上制备a-C:Si涂层,通过分析涂层在不同退火温度下的热稳定性机制,拓宽其在高温领域的应用.方法 采用非平衡磁控溅射法在碳化硅表面沉积a-C:Si涂层,并进行不同温度的退火热处理,通过XPS、SEM、拉曼光谱对涂层进行表征与分析.利用分子动力学对a-C:Si涂层退火过程进行仿真,从涂层与原子结构、原子径向分布函数、配位数、键长及键角等多方面对涂层石墨化行为进行分析.通过仿真与实验数据的交叉分析,探究a-C:Si涂层热稳定性机制.结果 a-C:Si涂层主要由C、Si元素组成,且碳原子之间主要形成sp2和sp3两种杂化键,其中sp3键居多,随退火温度的上升,其相对含量下降.a-C:Si涂层的拉曼光谱在400～500℃时出现明显的D峰,ID/IG积分强度比和G峰峰值具有相似的变化趋势.退火温度升高时,涂层中键长较长的sp3-sp3键最先开始向sp2-sp2转化,随着退火温度的升高,键长较短的sp3-sp3键才开始变化.石墨化过程中,sp3-sp3键转化率最大,Si与C形成高热稳定性的Si—C键.结论 退火处理对a-C:Si涂层的热稳定性有重要影响,退火温度为400℃时,a-C:Si涂层开始发生石墨化转变.Si元素能稳定原子结构,与Si成键的C-sp3杂化原子具有更高的热稳定性,降低了石墨化的速率.