Plasma Enhanced CVD of Multicomponent Functional Coatings

Mihai George Muresan, M.Sc.

Doctoral thesis

Abstract:

Práce je věnována studiu depozice tenkých vrstev metodou plazmochemické depozice z plynné fáze (PECVD). Zkoumány byly dva druhy vrstev: diamantu podobné (DLC) vrstvy a SiOx vrstvy. Cílem bylo připravit tvrdé ochranné vrstvy s nízkým otěrem, nízkým koeficientem tření a s dobrou přilnavostí k ocelovému substrátu. DLC vrstvy byly na ocelový substrát připraveny jednak úpravou DLC struktur přidáním dusíku jednak použitím mezivrstvy. DLC vrstvy byly připraveny ve směsích metanu nebo cyklohexanu s vodíkem nebo argonem a optimalizací depozičních parametrů (výkon, tlak, průtok, atd.) k získání tvrdých, kompaktních vrstev s nízkým pnutím. SiOx vrstvy, použité jako mezivrstva pro DLC vrstvy na oceli, byly připraveny ze směsi hexamethyldisiloxanu (HMDSO) a O2. Tyto mezivrstvy měly dobré vlastnosti pro velké zátěže, byly relativně tvrdé a měly nízký podíl uhlíku. U takto připravených vrstev bylo zkoumáno jejich chemické složení, struktura, optické a mechanické vlastnosti. Zvláštní pozornost byla věnována dvou-vrstvému systému (SiOx+DLC) deponovaném na ocelovém substrátu. Funkční vlastnosti jako tvrdost, otěr a koeficient tření byly detailně analyzovány.

Abstract:

This thesis presents an investigation into plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) of thin films. Two film types were investigates: diamond-like (DLC) and silicon oxide (SiOx) films. The goal was to prepare hard protective coatings, with low wear and friction coefficient and with good adhesion to steel substrates. A modification of the DLC structure by nitrogen addition or the use of an interlayer were employed as methods to prepare DLC films on steel substrates. The DLC films were prepared from methane or cyclohexane mixed with hydrogen or argon, tuning the deposition parameters (power, pressure, flow rates, etc.) in order to obtain hard, compact, low stress films. The SiOx films, used as interlayer for DLC films on steel, were prepared from hexamethyldisiloxane (HMDSO) with O2. The interlayer had good load bearing capabilities, was relatively hard and had low carbon content. The prepared films were investigated for their chemical composition, structure, optical and mechanical properties. Special attention was paid for the double layer system (SiOx +DLC) deposited on steel substrates. Functional properties like hardness, wear and friction coefficient were analyzed in detail.

Keywords

PECVD, DLC, uhlík, tribologické vlastnosti, mechanické vlastnosti, SiOx, mezivrstev, ocel, carbon, tribological properties, mechanical properties, interlayer, steel

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 12. 11. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 14. 12. 2015
• Supervisor: doc. Mgr. Lenka Zajíčková, Ph.D.
• Reader: Prof. hab. dr. Sigitas Tamulevičius, doc. Ing. Andrey Shukurov, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics (4-years) / Plasma Physics