闫明明, 剡 珍, 王新宇, 鲁晓龙, 隋旭东, 郝俊英, 刘维民

(1.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, 甘肃 兰州 730000;2.中国科学院大学, 北京 100049;3.青岛市资源化学与新材料研究中心, 山东 青岛 266000)

a-C:H涂层因其独特的不定型结构，具有优异的力学、电学、光学及摩擦学性能，在航空航天、机械加工和微电子等领域具有广泛的应用空间[1-2].依据其结构中sp2C/sp3C的比例可以将其分为类金刚石涂层(Diamond like carbon，DLC)和类石墨涂层(Graphite like carbon，GLC).DLC涂层具有较多sp3C键，GLC涂层含有较多的sp2C结构.较多的sp3C键意味着涂层具有较高的硬度，但sp3C键的富集会引起较大的内应力和较低的结合强度.含有较多sp2C键的涂层虽然具有良好的自润滑性，但会降低涂层的硬度[3-5].此外，涂层的H含量[6-8]对于其结构和摩擦学性能也有重要的影响，H可与C形成sp3C-H键，这有助于提高涂层的sp3C键含量，改善其摩擦学性能；然而较高的sp3CH键则会使涂层形成“类聚合物”结构，削弱其摩擦学性能.因此，调控涂层sp2C/sp3C比以及H含量对于改变涂层的微观结构、提高界面结合强度和改善涂层的摩擦学性能具有非常重要的作用.

涂层的H含量以及sp2C/sp3C比与沉积过程中含氢前驱体的组成有关，因为这些前驱体分子形成的自由基可以改变涂层的生长状态和微观结构.黄星烨等[8]的研究表明改变CH4流量可以调控DLC薄膜中的氢含量和摩擦磨损性能.Safari等[9]制备了不同Ar/CH4比的DLC薄膜，发现随着CH4流量的增大，薄膜中sp3C键含量降低，但沉积率增大.Chang等[10]制备了不同碳含量的Ti-Si-C-N涂层，发现……