留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

脉冲激光沉积低内应力多层类金刚石膜

陆益敏 郭延龙 黄国俊 黎伟 万强 唐璜

陆益敏, 郭延龙, 黄国俊, 黎伟, 万强, 唐璜. 脉冲激光沉积低内应力多层类金刚石膜[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(9): 921001-0921001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0921001
引用本文: 陆益敏, 郭延龙, 黄国俊, 黎伟, 万强, 唐璜. 脉冲激光沉积低内应力多层类金刚石膜[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(9): 921001-0921001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0921001
Lu Yimin, Guo Yanlong, Huang Guojun, Li Wei, Wan Qiang, Tang Huang. Multilayer-DLC film with low inner-stress prepared by pulsed laser deposition[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(9): 921001-0921001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0921001
Citation: Lu Yimin, Guo Yanlong, Huang Guojun, Li Wei, Wan Qiang, Tang Huang. Multilayer-DLC film with low inner-stress prepared by pulsed laser deposition[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(9): 921001-0921001(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0921001

脉冲激光沉积低内应力多层类金刚石膜

doi: 10.3788/IRLA201746.0921001
基金项目: 

国家部委预先研究项目(51318060212)

详细信息
    作者简介:

    陆益敏(1981-),男,讲师,博士,主要从事激光沉积功能薄膜等方面的研究。Email:luyimin_zy@163.com

  • 中图分类号: TN304

Multilayer-DLC film with low inner-stress prepared by pulsed laser deposition

  • 摘要: 为解决类金刚石膜内应力极大的问题,利用很薄的岛状结构锗层与较厚的类金刚石层循环,设计并制备了具有低内应力的多层类金刚石膜。其中,类金刚石层为主要功能膜层,起到硬质保护和光学增透的作用;而锗层作为缓冲层,起到缓解纯类金刚石膜内应力过大的问题,同时由于锗层很薄,对整个膜层的机械性能和红外特性的影响很小。测试表明,制备的多层类金刚石膜内应力为2.14 GPa,比纯类金刚石膜降低了39%,通过了GJB2485-95《光学膜层通用规范》中的重摩擦测试;同时,其纳米硬度仍保持在47 GPa的高水平。该多层类金刚石膜可以作为实际应用的红外窗口保护膜。
  • [1] Cheng Yong, Guo Yanlong, Wang Shuyun, et al. Optical app-lication of diamond like carbon film deposited on Si substrate by pulsed laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2010, 39(5):875-878. (in Chinese) 程勇, 郭延龙, 王淑云, 等. 激光在硅基底沉积类金刚石膜的光学应用[J]. 红外与激光工程, 2010, 39(5):875-878.
    [2] Guo Yanlong, Wang Shuyun, Wang Xiaobing, et al. Pulsed laser deposition of diamond-like carbon films[J]. Laser Optoelectronics Progress, 2008, 45(3):32-37. (in Chinese) 郭延龙, 王淑云, 王小兵, 等. 脉冲激光沉积类金刚石膜技术[J]. 激光与光电子学进展, 2008, 45(3):32-37.
    [3] Roger Jagdish Narayan. Laser processing of diamond-like carbon-metal composites[J]. Applied Surface Science, 2005, 245:420-430.
    [4] Bonis A De, Rau J V, Santagata A, et al. Diamond-like carbon thin films produced by femtosecond pulsed laser deposition of fullerite[J]. Surface and Coatings Technology, 2011, 205:3747-3753.
    [5] Xue Qunji, Wang Liping. Thin Film Materials of Carbon-base DLC[M]. Beijing:Science Press, 2012. (in Chinese) 薛群基, 王立平. 类金刚石碳基薄膜材料[M]. 北京:科学出版社, 2012.
    [6] Camargo S S Jr, Gomes R A, Baia Neto A L. Structural modifications and temperature stability of silicon incorporated diamond-like a-C:H films[J]. Thin Solid Films, 1998, 332(1-2):130-135.
    [7] Cheng Yong, Wang Huisheng, Guo Yanlong, et al. Anti-reflective and protective diamond-like carbon films on infrared windows deposited by femtosecond pulsed laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(12):2403-2406. (in Chinese) 程勇, 王会升, 郭延龙, 等. 飞秒激光沉积红外窗口类金刚石增透保护膜[J]. 红外与激光工程, 2011, 40(12):2403-2406.
    [8] Wang Xuemin, Wu Weidong, Li Shengyin, et al. Properties of W doped diamond-like carbon films prepared by pulsed laser deposition[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2010, 39(7):1251-1255. (in Chinese) 王雪敏, 吴卫东, 李盛印, 等. 脉冲激光沉积掺W类金刚石膜的性能[J]. 稀有金属材料与工程, 2010, 39(7):1251-125.
    [9] Kleinsorge B, Ferrari A C, Roberson J. Influence of nitrogen and temperature on the deposition of tetrahedrally bonded amorphous carbon[J]. J Appl Phy, 2000, 88(7):1149-1157.
    [10] Goncharov V, Gusakov G, Puzyerev M, et al. Pulsed laser deposition of diamond-like amorphous carbon films from different carbon targets[J]. Publ Astron Obs Belgrade, 2010, 89(1):125-129.
    [11] Cheng Yong, Wang Shuyun, Guo Yanlong, et al. Research of diamond-like carbon film deposited by pulsed laser.[J]. Optics Optoelectronic Technology, 2011, 9(3):51-55. (in Chinese) 程勇, 王淑云, 郭延龙, 等. 激光制备类金刚石膜技术研究[J]. 光学与光电技术, 2011, 9(3):51-55.
    [12] Camargo S S Jr, Gomes R A, Carrapichano J M. Silicon-incorporated diamond-like coatings for Si3N4 mechanical seals[J]. Thin Solid Films, 2005, 482(1-2):221-225.
    [13] Zhang Jinping, Zeng Tixian, Chen Taihong. Study of hardness and residual stress of -DLC film fabricated by PLD[J]. Journal of Xihua University (Natural Science), 2009, 28(1):83-87.
    [14] Zhang Duanming, Zhao Xiujian, Li Zhihua, et al. Pulsed Laser Deposition Dynamics and Thin Film Deposition onto Glass[M]. Wuhan:Hubei Science Press, 2003. (in Chinese) 张端明, 赵修建, 李志华, 等. 脉冲激光沉积动力学与玻璃基薄膜[M]. 武汉:湖北科学技术出版社, 2003.
    [15] Tang Jilong, Fu Xinhua. Influenceson properties of DLC coatings by H2 content[J]. Journal of Changchun University of Scienceand Technology (Natural Science Edition), 2013, 36(6):97-100. (in Chinese) 唐吉龙, 付新华. H2对类金刚石薄膜性能影响的研究[J]. 长春理工大学学报(自然科学版), 2013, 36(6):97-100.
    [16] Wu Jinlong, Zhou Hui, Zheng Jun, et al. Effects of flow ratio of H2 and CH4 on structure and friction properties of hydrogen diamond-like carbon films[J]. China Surface Engineering, 2015, 28(1):142-146. (in Chinese) 吴金龙, 周晖, 郑军, 等. H2/CH4流量比对含氢DLC薄膜结构及摩擦学性能的影响[J]. 中国表面工程, 2015, 28(1):142-146.
    [17] Zhou Shengguo, Liu Zhengbing, Liu Long, et al. Influence of sputtering power on the structure and performance of diamond-like carbon films[J]. Superhard Material Engineering, 2015, 27(4):124-127. (in Chinese) 周升国, 刘正兵, 刘龙, 等. 溅射靶功率对类金刚石碳薄膜的结构和性能影响[J]. 超硬材料工程, 2015, 27(4):124-127.
    [18] Sha Chunsheng, Li Rongbin, Song Xiaohang, et al. Tribological properties of diamond-like-carbon coatings lubricated with vacuum grease in space environment[J]. Chinese Journal of Vacuum Science and Technology, 2016, 36(2):312-316. (in Chinese) 沙春生, 李荣斌, 宋晓航, 等. 类金刚石薄膜固-液复合润滑体系真空摩擦学性能研究[J]. 真空科学与技术学报, 2016, 36(2):312-316.
    [19] Wan Qiang, Lu Yimin, Mi Chaowei, et al. Research on anti-reflective and protective diamond-like carbon film deposited by 248 nm nanosecond laser[J]. Laser Optoelectronics Progress, 2015, 52(9):093101. (in Chinese) 万强, 陆益敏, 米朝伟, 等. 248 nm纳秒激光沉积类金刚石增透保护膜的工艺研究[J]. 激光与光电子进展, 2015, 52(9):093101.
    [20] Marvin J Weber. Handbook of Optical Materials[M]. New York:CRC Press, 2003.
  • [1] 白振旭, 陈晖, 蔡云鹏, 丁洁, 齐瑶瑶, 颜秉政, 崔璨, 王雨雷, 吕志伟.  金刚石拉曼振荡器实现级联布里渊激光输出 . 红外与激光工程, 2022, 51(11): 20220660-1-20220660-2. doi: 10.3788/IRLA20220660
    [2] 李牧野, 杨学宗, 孙玉祥, 白振旭, 冯衍.  单频连续波金刚石拉曼激光器研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(6): 20210970-1-20210970-11. doi: 10.3788/IRLA20210970
    [3] 解宇恒, 裴丽, 何倩, 常彦彪, 郭智君, 王建帅, 郑晶晶, 宁提纲, 李晶.  多芯光纤折射率与内应力分布重构技术(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(1): 20210758-1-20210758-6. doi: 10.3788/IRLA20210758
    [4] 白振旭, 陈晖, 张展鹏, 王坤, 丁洁, 齐瑶瑶, 颜秉政, 李森森, 闫秀生, 王雨雷, 吕志伟.  百瓦级1.2/1.5 μm双波长金刚石拉曼激光器(特邀) . 红外与激光工程, 2021, 50(12): 20210685-1-20210685-7. doi: 10.3788/IRLA20210685
    [5] 黄宏坤, 来建成, 陆健, 李振华.  Nd:YAG纳秒脉冲激光水下烧蚀锗靶研究 . 红外与激光工程, 2020, 49(8): 20190498-1-20190498-6. doi: 10.3788/IRLA20190498
    [6] 王华丰, 孙轲, 孙盛芝, 邱建荣.  飞秒激光诱导金刚石微纳结构及其应用(特邀) . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201057-1-20201057-11. doi: 10.3788/IRLA20201057
    [7] 白振旭, 杨学宗, 陈晖, 金舵, 丁洁, 齐瑶瑶, 李森森, 闫秀生, 王雨雷, 吕志伟.  高功率金刚石激光技术研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2020, 49(12): 20201076-1-20201076-13. doi: 10.3788/IRLA20201076
    [8] 李晓静, 郑子云, 史戈平, 高永亮.  制备光学金刚石膜的微波谐振腔设计及优化 . 红外与激光工程, 2019, 48(S2): 156-163. doi: 10.3788/IRLA201948.S216001
    [9] 程勇, 陆益敏, 黄国俊, 米朝伟, 黎伟, 田方涛, 王赛.  磁场辅助激光沉积类金刚石膜初探 . 红外与激光工程, 2019, 48(11): 1117002-1117002(5). doi: 10.3788/IRLA201948.1117002
    [10] 黄国俊, 陆益敏, 程勇, 田方涛, 米朝伟, 万强.  脉冲激光沉积法制备红外光学SiC薄膜特性研究 . 红外与激光工程, 2019, 48(7): 742003-0742003(5). doi: 10.3788/IRLA201948.0742003
    [11] 陆益敏, 黄国俊, 郭延龙, 程勇, 韦尚方.  双激光制备双层结构类金刚石膜的实验研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1121003-1121003(6). doi: 10.3788/IRLA201847.1121003
    [12] 蔡颂, 熊彪, 陈根余, 吴吉平.  青铜金刚石砂轮的激光整形与修锐 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 406008-0406008(10). doi: 10.3788/IRLA201746.0406008
    [13] 程勇, 陆益敏, 郭延龙, 黄国俊, 王淑云, 刘旭, 曹海源, 初华, 杨雪.  PLD法制备半球面均匀DLC膜的装置、仿真与实验 . 红外与激光工程, 2016, 45(6): 621004-0621004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0621004
    [14] 董志伟, 张伟斌, 郑立威, 姜涛, 范国祥, 赵煦, 赵清亮, 陈德应, 夏元钦.  利用飞秒激光和纳秒激光脉冲加工金刚石 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 893-896.
    [15] 李春艳, 吴易明, 高立民, 陆卫国.  磁光调制法测量玻璃内应力 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 911-916.
    [16] 左杨平, 卢文壮, 张圣斌, 余亚平, 冯森, 左敦稳.  面向激光防护应用的金刚石/V2O5 膜系设计与制备 . 红外与激光工程, 2015, 44(8): 2491-2495.
    [17] 凌晓, 俞树荣, 张俊彦.  沉积气压对类金刚石薄膜结构和性能的影响 . 红外与激光工程, 2014, 43(6): 1878-1882.
    [18] 于盛旺, 安康, 李晓静, 申艳艳, 宁来元, 贺志勇, 唐宾, 唐伟忠.  高功率MPCVD金刚石膜红外光学材料制备 . 红外与激光工程, 2013, 42(4): 971-974.
    [19] 付秀华, 杨永亮, 刘国军, 李琳, 潘永刚, Ewan Waddell.  大面积头罩上类金刚石薄膜均匀性研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(1): 181-184.
    [20] 李军琪, 张云龙, 苏军, 汪志斌, 郭小岗, 宗文俊, 张磊.  微圆弧金刚石刀具车削锗单晶衍射元件 . 红外与激光工程, 2013, 42(11): 3053-3058.
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  389
  • HTML全文浏览量:  60
  • PDF下载量:  70
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-01-10
  • 修回日期:  2017-02-13
  • 刊出日期:  2017-09-25

脉冲激光沉积低内应力多层类金刚石膜

doi: 10.3788/IRLA201746.0921001
    作者简介:

    陆益敏(1981-),男,讲师,博士,主要从事激光沉积功能薄膜等方面的研究。Email:luyimin_zy@163.com

基金项目:

国家部委预先研究项目(51318060212)

  • 中图分类号: TN304

摘要: 为解决类金刚石膜内应力极大的问题,利用很薄的岛状结构锗层与较厚的类金刚石层循环,设计并制备了具有低内应力的多层类金刚石膜。其中,类金刚石层为主要功能膜层,起到硬质保护和光学增透的作用;而锗层作为缓冲层,起到缓解纯类金刚石膜内应力过大的问题,同时由于锗层很薄,对整个膜层的机械性能和红外特性的影响很小。测试表明,制备的多层类金刚石膜内应力为2.14 GPa,比纯类金刚石膜降低了39%,通过了GJB2485-95《光学膜层通用规范》中的重摩擦测试;同时,其纳米硬度仍保持在47 GPa的高水平。该多层类金刚石膜可以作为实际应用的红外窗口保护膜。

English Abstract

参考文献 (20)

目录

    /

    返回文章
    返回