مواد و فناوری‌های پیشرفته

مواد و فناوری‌های پیشرفته

مطالعه‌ای درباره‌ی اثر پیش‌ماده‌ی هیدروکربنی بر ساختار پوشش کربن شبه‌الماس ایجادشده توسط فنّاوری رسوب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهی پرتو یونی

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان
سعید مرساق دزفولی 1
سید حجت اله حسینی 2
1 دانشجوی دکتری، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، تهران، ایران
2 استادیار، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، مجتمع دانشگاهی مواد و فناوری‌های ساخت، تهران، ایران
10.30501/jamt.2024.473494.1304
چکیده
در پژوهش حاضر، پوشش کربن شبه‌الماس با دو پیش‌ماده‌ی هیدروکربنی متان (CH4) و استیلن (C2H2) توسط فرایند PVD-IBD  اعمال شد. سپس، برای مطالعه‌ی اثر پیش‌ماده‌ی هیدروکربنی بر تحولات ساختاری و مکانیکی پوشش‌ کربن شبه‌الماس از آنالیزهای طیف‌سنجی رامان و نانودندانه‌گذاری استفاده شد. از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) و نیروی اتمی (AFM) برای بررسی ریخت‌شناسی و توپوگرافی سطح پوشش‌های ایجادشده استفاده شد. نتایج حاصل از آنالیز رامان نسبت ID/IG کوچک‌تر و FWHM (پهنا در نصف بیشینه‌ی قله‌ی G) بزرگ‌تری را برای پوشش کربن شبه‌الماس با پیش‌ماده‌ی هیدروکربنی استیلن نشان داد. تصاویر FESEM از مقطع پوشش‌های ایجادشده حاکی از بالاتر بودن نرخ رسوب‌ گونه‌های کربنی توسط پیش‌ماده‌ی استیلن بود. نتایج حاصل از آنالیز AFM گویای کمتر بودن زبری سطح پوشش کربن شبه‌الماس حاصل از پیش‌ماده‌ی هیدروکربنی استیلن در مقایسه با متان بود. نتایج حاصل از آزمون نانودندانه‌گذاری نشان داد که پوشش کربن شبه‌الماس ایجادشده با منبع گازی استیلن (C2H2) دارای سختی (H) و مدول الاستیک (E) بالاتری هستند.
کلیدواژه‌ها
کربن شبه‌الماس
فرایند PVD-IBD
رامان
پیش‌ماده‌ی‌ هیدروکربنی

موضوعات

عنوان مقاله English

A Study on the Role of Hydrocarbon Precursor on Structure of Diamond-Like Carbon Coating Applied by Ion Beam Deposition Technology

نویسندگان English

Saeid Mersagh Dezfuli 1
Seyed Hojatollah Hosseini 2
1 PhD. Student, Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
2 Assistant Professor, Faculty of Materials and Manufacturing Technologies, Malek Ashtar University of Technology, Tehran, Iran.
چکیده English

In the present study, Diamond-Like Carbon (DLC) coating was applied using two hydrocarbon precursors, methane (CH4) and acetylene (C2H2) through the PVD-IBD process. Raman spectroscopy and nano-indentation analyses were conducted to study the effect of hydrocarbon precursor on the structural and mechanical properties of the DLC coatings. Additionally, Field Emission Scanning Electron Microscopy (FESEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) were employed to investigate the surface morphology and topography of the created coatings. The results from Raman analysis revealed a smaller ID/IG ratio and a larger FWHM for the DLC coating synthesized with acetylene hydrocarbon precursor. Cross-sectional FESEM images of the resulting coatings demonstrated a higher deposition rate of carbonaceous species when using the acetylene precursor. Further, AFM analysis showed that the surface roughness of the DLC coating produced with acetylene hydrocarbon precursor was lower than that obtained with methane. Finally, nano-indentation testing indicated that the DLC coating created using acetylene gas source (C2H2) exhibited higher hardness (H) and elastic modulus (E). 

کلیدواژه‌ها English

Diamond-like Carbon
PVD-IBD Process
Raman
Hydrocarbon Precursor
  1. Bewilogua, K., & Hofmann, D. (2014). History of diamond-like carbon films-From first experiments to worldwide applications. Surface and Coatings Technology, 242, 214-225. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.01.031
  2. Donnet, C., & Erdemir, A. (2007). Tribology of diamond-like carbon films: fundamentals and Advanced Materials Research. https://doi.org/10.1007/978-0-387-49891-1
  3. Ferrari, A. C., & Robertson, J. (2000). Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon. Physical Review, B, 61(20), 14095-14107. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.61.14095
  4. Kazuya,, Yasuharu, O., Masanori, H., Hideki, N., Akihiko, H., & Kenji, H. (2021). Classification of DLC films for cell proliferation based on optical constants. Diamond and Related Materials, 113, 108266. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108266
  5. Lichun, , Guangan, Z., Zhiguo, W., Jun, W., & Pengxun, Y. (2011). Effect of different ion beam energy on properties of amorphous carbon film fabricated by ion beam sputtering deposition (IBSD). Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 269(17), 1871-1877. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2011.05.017
  6. Lifshitz, Y., Lempert, G. D., & Grossman, E. (1994). Substantiation of subplantation model for diamondlike film growth by atomic force microscopy. Physical Review Letters, 72(17), 2753-2756. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.72.2753
  7. Mamun,, Furuta, H., & Hatta, A. (2018). Pulsed DC plasma CVD system for the deposition of DLC films. Materials Today Communications, 14, 40-46. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2017.12.008
  8. Marks, A. (2005). Thin film deposition of tetrahedral amorphous carbon: a molecular dynamics study. Diamond and Related Materials, 8, 1223-1231. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2004.10.047
  9. Mersagh Dezfuli, S., & Sabzi, M. (2019). Review of the Effect of Presence of Yttria and Benzotriazole Inhibitor Factor on Electrochemical Properties and Activation of Self-Healing Mechanism in Alumina-Based Coatings. Journal of Advanced Materials and Technologies, 7(4), 75-92. [in Persian]. https://doi.org/30501/JAMT.2019.84402
  10. Robertson, J. (2002). Diamond-like amorphous carbon. Materials Science and Engineering, R: Reports, 37(4-6), 129-281. https://doi.org/10.1016/S0927-796X(02)00005-0
  11. Ting, G., Cuicui, K., Xiaowei, L., Peng, G.,Zhenyu, W., & Aiying, W. (2017). Microstructure and mechanical properties of Ti/Alco-doped DLC films: dependence on sputtering current,source gas, and substrate bias. Applied Surface Science, 410, 1-59. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.02.254
  12. Wänstrand, O., Larsson, M., & Hedenqvist, P. (1999). Mechanical and tribological evaluation of PVD WC/C coatings. Surface and Coatings Technology, 111(2-3), 247-254. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(98)00821-4
  13. Yu, W., Wang, J., Huang, W., Cui, L., & Wang, L. (2020). Improving high temperature tribological performances of Si doped diamond-like carbon by using W interlayer. Tribology International, 146, 106241. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2020.106241

 

مواد و فناوری‌های پیشرفته
دوره 13، شماره 3
پاییز 1403
صفحه 63-74

  • تاریخ دریافت 25 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری 04 مهر 1403
  • تاریخ پذیرش 27 آذر 1403