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PVD、CVD硬质耐磨薄膜材料与技术
目前先进制造业和高新技术产业的迅猛发展,使工具、模具、机械部件等服役条件更苛刻,传统单一性能的硬质材料和防护技术已难以满足其更高要求。但随能源和环境问题的日益突出,传统湿式电镀、化学镀表面防护技术因对环境造成的大量污染和人体健康的巨大威胁面临着严峻挑战,开发基于传统材料耐磨、润滑和防护的表面多功能化薄膜材料,及无毒、环保、干式的高值化构筑真空镀膜表面技术尤为迫切和重要。本研究拟主要采用多种物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)的绿色真空镀膜技术,通过对薄膜材料的组分设计、参数调控、结构表征、物性分析、工艺优化,建立不同性能剪裁的薄膜生长机制和大面积可控制备技术,实现高性能硬质薄膜材料制备新技术、新工艺的突破,推广其在若干重大领域中的工程化应用,结合关键装备自主研制,提供满足不同用户需求的一整套完整、创新的硬质薄膜技术解决方案。主要研究内容包括:高性能类金刚石薄膜材料及其产业化;磁过滤阴极真空电弧超硬、耐磨薄膜与技术;新型纳米结构高硬度、超润滑薄膜材料;PVD功能装饰耐磨防护薄膜与技术。

●高性能类金刚石薄膜材料制备及其产业化:
主要针对传统DLC薄膜技术制备薄膜面积小、生长速率低、等离子体不稳定的关键技术瓶颈,利用线性离子束复合矩形磁控溅射技术具有离化率高、等离子体稳定、大面积生长容易、沉积速率高、掺杂复合方便等突出优点,研究复合PVD技术下不同结构和生长参数对薄膜结合力、力学、摩擦学行为的影响,以获得硬度高、应力低、结合力好的高性能DLC硬质薄膜制备新工艺、新技术,掌握大面积可控制备核心技术,全面促进其重大工程化应用。
●磁过滤阴极真空电弧超硬、耐磨薄膜与技术:
针对精密工模具、微电子、磁存储行业对超硬、超光滑、超薄防护材料的特性要求和传统多弧离子镀存在大颗粒融滴污染、成本高的问题,拟通过对磁过滤器中磁场和等离子体特性的模拟计算,研制具有有效大颗粒过滤和高等离子体输运的先进磁过滤阴极真空电弧沉积装置(FCVA)。并开展新型FCVA技术中,不同工艺参数和结构对ta-C碳膜、金属膜、纳米异质超硬膜的动力学生长和物性行为研究,建立FCVA生长薄膜的模型机制,掌握应力降低可控技术,为超高性能耐磨、防护薄膜新材料的研究开发提供实验和理论数据,探索其进一步的工程化应用。
●新型纳米结构高硬度、超润滑薄膜材料:
DLC薄膜材料具有高硬度、低摩擦系数、良好耐磨耐蚀性等优点,是一类理想的硬质多功能材料,但存在抗氧化性较差的致命缺点。氮基硬质薄膜具有高硬度、耐磨、高抗氧化性的特点,但摩擦系数较高、易磨损。针对现代切削加工业和国家高技术产业的特殊功能需求,本研究拟结合碳基和氮基薄膜的特点,通过合理选择具有提高润滑和抗磨性能的单质(Ti、Cu、Si、N等)和化合物(MoS2、WS2等)、及抗高温性好的元素(Al、W、Mo),在不同基材上制备具有纳米复合、纳米异质多元、纳米梯度、纳米多层等特殊结构的新型纳米结构碳氮硬质功能薄膜,研究工艺、结构、组分、成键方式等对薄膜物性的影响,探索具有高抗氧化性、高硬度、超润滑的新型纳米结构多功能薄膜的合成机制、可控制备技术及应用。
●PVD硬质装饰耐磨薄膜与技术:
自20世纪70年代以来,以TiN、CrN、ZrN等为代表的装饰性硬质薄膜得到了极大的发展,目前作为我国薄膜技术的支柱产业之一,已广泛用于建筑、表业、浴具五金等多个行业,颜色也从初始的金黄色发展到了彩色、枪黑、干涉色等多种。然而,电脑、通讯、消费电子产品等新兴3C行业的迅猛发展和市场的多功能化高档需求,使单一装饰性薄膜材料已很难满足其高硬度、高耐汗蚀、高品质色度等综合性能苛刻要求,具有功能性的装饰薄膜新材料与技术开发已备受关注。本研究拟开展兼具功能化和色彩多样化的高品质功能装饰薄膜新材料基础研究及其低成本PVD产业化技术开发。
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