人工晶体学报

作者：罗晓航, 许光宇, 李利军, 张永康, 张亚琛, 吴海平, 安康

单位：1.忻州师范学院化学系,忻州 034000;；2.北方工业大学机械与材料工程学院,北京 100144;；3.北京科技大学新材料技术研究院,北京 100083

关键词：金刚石厚膜,断裂韧性,CVD,研磨,缺陷,晶粒尺寸,

基金：国家自然科学基金(52102034);北京市教育委员会科学研究计划项目(KM202410009010)

采用直流电弧等离子体喷射和微波等离子体化学气相沉积法制备了三片直径为125 mm、厚度大于1 mm的自支撑金刚石膜。通过SEM、XRD、Raman、CT等检测手段对样品进行了形貌、物相表征,进一步通过激光预制裂纹方法研究了缺陷和晶粒尺寸对生长面、形核面及侧面三个方向断裂韧性的影响。结果表明,在金刚石薄膜沉积过程中,许多缺陷(包括孔隙)被引入薄膜中,特别是较厚膜中靠近生长面一侧的孔隙尺寸可以达到微米级,这会影响不同方向载荷下的断裂韧性。由于近生长面的晶粒尺寸最小,自支撑金刚石膜在生长面形成的裂纹具有最大断裂韧性,分别为7.8、8.3和9.2 MPa·m1/2。对于较薄的样品,侧面裂纹的断裂韧性介于生长面和形核面之间,这与晶粒尺寸关系一致,表明断裂韧性受晶粒尺寸的影响。然而,当厚度超过0.8 mm时,生长侧附近的孔隙数量会增加,导致较厚的金刚石薄膜的断裂韧性最小(5.4 MPa·m1/2)。本研究为金刚石上施加载荷方向的选择提供了指导。

来源：2024年第12期

《人工晶体学报》期刊编辑部

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