【摘 要】
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随着工业技术的迅猛发展,越来越多的机械零部件需要在高温下运行,因此开发相应的高温润滑材料显得尤为重要。SiC薄膜因其优异的性能,如硬度和弹性模量高、抗氧化性强、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数较低、抗热震性好等,是高温润滑的潜在候选材料之一。本论文综述了SiC薄膜作为润滑材料的研究现状、最新进展和存在的问题,分析了SiC薄膜作为高温润滑材料的优缺点;采用磁控溅射制备了SiC薄膜,考察了功率、偏压
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随着工业技术的迅猛发展,越来越多的机械零部件需要在高温下运行,因此开发相应的高温润滑材料显得尤为重要。SiC薄膜因其优异的性能,如硬度和弹性模量高、抗氧化性强、热稳定性好、高温强度大、热膨胀系数较低、抗热震性好等,是高温润滑的潜在候选材料之一。本论文综述了SiC薄膜作为润滑材料的研究现状、最新进展和存在的问题,分析了SiC薄膜作为高温润滑材料的优缺点;采用磁控溅射制备了SiC薄膜,考察了功率、偏压等工艺参数对薄膜结构及力学性能的影响;以力学特性为评判准则,选择了性能较优异的SiC薄膜研究其高温摩擦学性能,并通过在制备过程中引入C2H2优化薄膜的高温摩擦学性能。主要结果如下:（1）采用磁控溅射技术制备了SiC薄膜,研究了功率对薄膜结构及力学性能的影响,结果表明,当功率从100 W增至160 W时,溅射粒子能量增加,薄膜致密度和Si-C键含量增加,Raman中D峰与G峰的强度比（I（D）/I（G））减小。硬度（H）和弹性模量（E）呈现增加的趋势。设定功率为160 W,研究了基底偏压对薄膜结构及力学性能的影响,结果表明,当基底负偏压从0 V增至100 V时,薄膜致密度、Si-C键含量以及I（D）/I（G）增加,负偏压进一步增至150 V时,薄膜致密度、Si-C键含量以及I（D）/I（G）减小,随基底偏压增加,H和E先增加后减小,最大值分别为21 GPa、230 GPa。（2）选择在功率为160 W、基底偏压为-100 V下制备得到的力学性能较为优异的SiC薄膜,研究其高温摩擦学特性。结果表明,室温下薄膜很快失效,当原位摩擦温度从300 ℃增至600 ℃时,摩擦系数先从0.8降低到0.54（500 ℃）后稍微增加至0.57。300 ℃时,薄膜呈现典型的磨粒磨损;400-600 ℃时,薄膜几乎零磨损,并在表面形成了转移膜。分析认为,高温下SiC薄膜优异的抗氧化性、力学性能以及润滑界面处形成的氧化膜（FexOy和SiOx）对摩擦性能起到了重要影响。为进一步优化SiC薄膜的高温摩擦学性能,在制备过程引入C2H2作为碳源,制备了富碳SiC薄膜,并研究了其高温摩擦学性能,结果表明,原位摩擦从室温增至500 ℃时,薄膜的摩擦系数和磨损率先增加后减小再略微增加,且所有薄膜的平均稳态摩擦系数均小于0.13,磨损率在10-7mm3N-1m-1量级。
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