金剛石薄膜在第一壁材料表面的應(yīng)力研究

耿傳文，趙鵬，張曉東，曾梅花，Miroljub Vilotijevic

金剛石薄膜在第一壁材料表面的應(yīng)力研究

耿傳文1,2，趙鵬1，張曉東1，曾梅花1，Miroljub Vilotijevic1

（1.中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院，安徽 合肥 230031；2.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，安徽 合肥 230026）

提出在第一壁材料（鎢穿管部件）表面沉積金剛石薄膜，并系統(tǒng)研究金剛石薄膜厚度對(duì)應(yīng)力的影響。采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)表征方法。利用ANSYS workbench模擬軟件，在建立鎢穿管部件表面金剛石薄膜有限元模型及模型方程的基礎(chǔ)上，對(duì)影響金剛石薄膜熱殘余應(yīng)力的厚度因素進(jìn)行探討；采用微波等離子體化學(xué)氣相沉積法（MPCVD），在鎢穿管部件表面沉積不同厚度的金剛石薄膜，并利用拉曼光譜法和洛氏硬度計(jì)壓痕法對(duì)薄膜的應(yīng)力進(jìn)行表征。模擬顯示，隨著金剛石薄膜厚度增加，薄膜最大主應(yīng)力值和最大剪應(yīng)力值均呈現(xiàn)出先減少后增加趨勢(shì)，在薄膜厚度為75～100 μm時(shí)處于最低，小于金剛石薄膜通常的斷裂強(qiáng)度（700 MPa），同時(shí)最大應(yīng)力落差區(qū)域出現(xiàn)在薄膜邊緣處。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表征得到金剛石薄膜表面呈現(xiàn)出拉應(yīng)力，在薄膜厚度為（103.56±0.5）μm時(shí)，金剛石薄膜中間區(qū)域應(yīng)力值最低，與VDI3198標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，壓痕坑達(dá)到HF1和HF2效果。鎢穿管部件表面金剛石薄膜厚度為（103.56±0.5）μm時(shí)，不容易出現(xiàn)裂紋和與基底的剝離現(xiàn)象，具有較好的附著性。

金剛石薄膜；第一壁材料；應(yīng)力；等離子體；鎢穿管部件

核聚變能是解決人類能源問(wèn)題的重要途徑，利用磁約束熱核聚變反應(yīng)裝置（托卡馬克，TOKAMAK）是最有希望實(shí)現(xiàn)聚變能發(fā)電的裝置[1-2]。在托卡馬克裝置……