中频磁控溅射制备a-C：H（Al,W）薄膜及其性能研究

采用中频磁控溅射技术，以W、Al复合靶（面积比为1：1）为靶材，在氩气和甲烷混合气体中于n（100）型单晶硅表面沉积了一系列Al、W共掺杂含氢非晶碳[a-C：H（Al，W）]薄膜.分析了不同甲烷流量对薄膜成分、结构和表面形貌的影响，并表征了薄膜的力学性能和摩擦磨损行为.结果表明：随着甲烷流量的增加，薄膜中C含量呈上升趋势，而W和Al含量均呈现递减趋势，过高流量的CH₄会导致金属靶材中毒.薄膜中的sp²C和sp³C含量受W、Al以及H注入效应的共同影响.所制备的薄膜表面均较为平滑，表面粗糙度（RMS）在0.39 ~0.48 nm范围内.薄膜的纳米硬度（H）在9.98~11.37 GPa之间，弹性模量（E）介于71~93.36 GPa之间，弹性恢复系数均在70 %以上.当薄膜中W和Al的原子百分含量分别为3.74 %和2.37 %时，H/E值和H³/E²值分别为0.141和0.198，且此时薄膜在大气环境下表现出较好的减摩抗磨性能.薄膜具有适度的sp³C/sp²C比值、优异的弹性形变性能、摩擦过程中对偶球表面形成连续而致密的转移层等因素是薄膜具有良好摩擦学性能的重要原因.