自支撐金剛石厚膜三方向三點彎曲斷裂韌性對比研究

編號：CYYJ043578

篇名：自支撐金剛石厚膜三方向三點彎曲斷裂韌性對比研究

作者：羅曉航 許光宇 李利軍 張永康 張亞琛 吳海平 安康

關鍵詞： 金剛石厚膜 斷裂韌性 CVD 研磨 缺陷 晶粒尺寸

機構： 忻州師范學院化學系 北方工業(yè)大學機械與材料工程學院 北京科技大學新材料技術研究院

摘要： 采用直流電弧等離子體噴射和微波等離子體化學氣相沉積法制備了三片直徑為125 mm、厚度大于1 mm的自支撐金剛石膜。通過SEM、XRD、Raman、CT等檢測手段對樣品進行了形貌、物相表征,進一步通過激光預制裂紋方法研究了缺陷和晶粒尺寸對生長面、形核面及側面三個方向斷裂韌性的影響。結果表明,在金剛石薄膜沉積過程中,許多缺陷(包括孔隙)被引入薄膜中,特別是較厚膜中靠近生長面一側的孔隙尺寸可以達到微米級,這會影響不同方向載荷下的斷裂韌性。由于近生長面的晶粒尺寸最小,自支撐金剛石膜在生長面形成的裂紋具有最大斷裂韌性,分別為7.8、8.3和9.2 MPa·m1/2。對于較薄的樣品,側面裂紋的斷裂韌性介于生長面和形核面之間,這與晶粒尺寸關系一致,表明斷裂韌性受晶粒尺寸的影響。然而,當厚度超過0.8 mm時,生長側附近的孔隙數量會增加,導致較厚的金剛石薄膜的斷裂韌性最小(5.4 MPa·m1/2)。本研究為金剛石上施加載荷方向的選擇提供了指導。