Abstract Multilayer diamond films were deposited on a reaction bonded silicon carbide (RB-SiC) substrate by a single-step continuous process as well as a three-step intermittent process in a hot filament chemical vapour deposition (HF-CVD) equipment. The recipes of HF-CVD during the single-step multilayer film (C-MC) were selected by varying the CH4/H2 concentration and chamber pressure such that the initially deposited diamond grains were microcrystalline, which became progressively finer with further deposition. In the case of the intermittently grown films (Ix-MC), a one, two and three-layered structure, each layer having a gradual decrease in grain size was deposited with the same recipes as that of the C-MC. All the films were characterised using SEM, AFM and Raman spectroscopy. Fine grains in the range of 0.2–0.7 μm were identified in the C-MC and sharply faceted diamond crystallites having sizes between 0.5- 2 μm were seen in the intermittently deposited coatings. The hardness values were 71 GPa, 56 GPa and 46 GPa for the intermittent coatings. In contrast, a lower hardness of 29 GPa was obtained in C-MC. The friction coefficients of all the diamond films were measured up to 106 sliding cycles (530 m) using a ball-on-disc universal tribometer. In the initial stages of sliding, the continuously grown C-MC exhibited a friction coefficient ~0.17, while the intermittently coated three-layered film (I3-MC) showed a friction coefficient of 0.28. However, beyond 40,000 sliding cycles, the friction coefficient of I3-MC showed a value of ~0.05, which was slightly lower than C-MC (~0.06).

中文翻译：

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RB-SiC 上间歇和连续生长的多层金刚石薄膜的力学和摩擦学性能比较研究

摘要 在热丝化学气相沉积（HF-CVD）设备中，通过单步连续工艺和三步间歇工艺在反应键合碳化硅（RB-SiC）衬底上沉积多层金刚石薄膜。通过改变 CH4/H2 浓度和腔室压力来选择单步多层膜 (C-MC) 中 HF-CVD 的配方，使得最初沉积的金刚石晶粒为微晶，随着进一步沉积，其逐渐变得更细。在间歇生长的薄膜 (Ix-MC) 的情况下，一层、两层和三层结构，每层具有逐渐减小的晶粒尺寸，使用与 C-MC 相同的配方沉积。所有薄膜均使用 SEM、AFM 和拉曼光谱进行表征。0.2-0 范围内的细晶粒。在 C-MC 中鉴定出 7 μm，并且在间歇沉积的涂层中可以看到尺寸在 0.5-2 μm 之间的锐利刻面金刚石微晶。间歇涂层的硬度值为71 GPa、56 GPa和46 GPa。相比之下，在 C-MC 中获得了 29 GPa 的较低硬度。所有金刚石薄膜的摩擦系数都使用球盘式通用摩擦计测量了 106 次滑动循环 (530 m)。在滑动的初始阶段，连续生长的 C-MC 的摩擦系数约为 0.17，而间歇涂覆的三层膜 (I3-MC) 的摩擦系数为 0.28。然而，超过 40,000 次滑动循环后，I3-MC 的摩擦系数为~0.05，略低于 C-MC（~0.06）。在间歇沉积的涂层中可以看到 5-2 μm。间歇涂层的硬度值为71 GPa、56 GPa和46 GPa。相比之下，在 C-MC 中获得了 29 GPa 的较低硬度。所有金刚石薄膜的摩擦系数都使用球盘式通用摩擦计测量了 106 次滑动循环 (530 m)。在滑动的初始阶段，连续生长的 C-MC 的摩擦系数约为 0.17，而间歇涂覆的三层膜 (I3-MC) 的摩擦系数为 0.28。然而，超过 40,000 次滑动循环后，I3-MC 的摩擦系数为~0.05，略低于 C-MC（~0.06）。在间歇沉积的涂层中可以看到 5-2 μm。间歇涂层的硬度值为71 GPa、56 GPa和46 GPa。相比之下，在 C-MC 中获得了 29 GPa 的较低硬度。所有金刚石薄膜的摩擦系数都使用球盘式通用摩擦计测量了 106 次滑动循环 (530 m)。在滑动的初始阶段，连续生长的 C-MC 的摩擦系数约为 0.17，而间歇涂覆的三层膜 (I3-MC) 的摩擦系数为 0.28。然而，超过 40,000 次滑动循环后，I3-MC 的摩擦系数为~0.05，略低于 C-MC（~0.06）。在 C-MC 中获得了 29 GPa 的较低硬度。所有金刚石薄膜的摩擦系数都使用球盘式通用摩擦计测量了 106 次滑动循环 (530 m)。在滑动的初始阶段，连续生长的 C-MC 的摩擦系数约为 0.17，而间歇涂覆的三层膜 (I3-MC) 的摩擦系数为 0.28。然而，超过 40,000 次滑动循环后，I3-MC 的摩擦系数为~0.05，略低于 C-MC（~0.06）。在 C-MC 中获得了 29 GPa 的较低硬度。所有金刚石薄膜的摩擦系数都使用球盘式通用摩擦计测量了 106 次滑动循环 (530 m)。在滑动的初始阶段，连续生长的 C-MC 的摩擦系数约为 0.17，而间歇涂覆的三层膜 (I3-MC) 的摩擦系数为 0.28。然而，超过 40,000 次滑动循环后，I3-MC 的摩擦系数为~0.05，略低于 C-MC（~0.06）。而间歇涂覆的三层膜（I3-MC）的摩擦系数为0.28。然而，超过 40,000 次滑动循环后，I3-MC 的摩擦系数为~0.05，略低于 C-MC（~0.06）。而间歇涂覆的三层膜（I3-MC）的摩擦系数为0.28。然而，超过 40,000 次滑动循环后，I3-MC 的摩擦系数为~0.05，略低于 C-MC（~0.06）。