自支撐金剛石厚膜三方向三點(diǎn)彎曲斷裂韌性對(duì)比研究

編號(hào)：CYYJ043578

篇名：自支撐金剛石厚膜三方向三點(diǎn)彎曲斷裂韌性對(duì)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(guān)鍵詞： 金剛石厚膜 斷裂韌性 CVD 研磨 缺陷 晶粒尺寸

機(jī)構(gòu)： 忻州師范學(xué)院化學(xué)系 北方工業(yè)大學(xué)機(jī)械與材料工程學(xué)院 北京科技大學(xué)新材料技術(shù)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(xué)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(cè)手段對(duì)樣品進(jìn)行了形貌、物相表征,進(jìn)一步通過激光預(yù)制裂紋方法研究了缺陷和晶粒尺寸對(duì)生長(zhǎng)面、形核面及側(cè)面三個(gè)方向斷裂韌性的影響。結(jié)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(zhǎng)面一側(cè)的孔隙尺寸可以達(dá)到微米級(jí),這會(huì)影響不同方向載荷下的斷裂韌性。由于近生長(zhǎng)面的晶粒尺寸最小,自支撐金剛石膜在生長(zhǎng)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(duì)于較薄的樣品,側(cè)面裂紋的斷裂韌性介于生長(zhǎng)面和形核面之間,這與晶粒尺寸關(guān)系一致,表明斷裂韌性受晶粒尺寸的影響。然而,當(dāng)厚度超過0.8 mm時(shí),生長(zhǎng)側(cè)附近的孔隙數(shù)量會(huì)增加,導(dǎo)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(dǎo)。