氮气流量对UBMS制备TiN薄膜结构和力学性能的影响

利用非平衡磁控溅射离子镀技术研究了不同氮气流量对TiN薄膜结构、摩擦性能、附着力及显微硬度的影响.研究结果表明:N2流量对TiN薄膜的择优取向有很大影响,N2流量较小时,TiN薄膜显示出{111}择优取向生长趋势,在N2流量为15sccm条件下沉积的TiN薄膜的(111)衍射峰强度最强,与之对应的薄膜硬度和膜基结合强度最高,耐磨性能也最好;N2流量的大小对TiN薄膜的沉积速率和摩擦系数影响显著,并随N2流量增加都有较明显的下降趋势.     

溅射TiN薄膜的机械性能与光学性质

运用直流磁控溅射技术,在加温与具有偏压的硬质合金与奥氏体不锈钢衬底上,在N_2与Ar压强比在3%～13%内沉积TiN薄膜。对这种TiN薄膜的机械与光学性能作了研究,测定了它们的表面粗糙度、显微硬度可达23520N/mm~2和划刻临界负载可达80N,给出了TiN薄膜晶格常数变化与SEM的断面形貌图。测定了两种基体上TiN薄膜的近于垂直的镜反射率、漫反射率与总反射率。还确定了TiN薄膜的光学常数n—折射率,k—消光系数。     

高功率脉冲磁控溅射制备TiNx涂层研究

采用高功率复合脉冲磁控溅射技术(HPPMS)在316不锈钢、硬质合金基体上沉积了TiN薄膜,研究不同N2流量下TiNx膜层的沉积速率、硬度、晶体生长取向、摩擦磨损等性能,并在相同的平均靶电流下与直流磁控溅射制备的TiN薄膜对比.结果表明:HPPMS制备的膜层更加致密,在氩氮流量比为7.4∶1时膜层显微硬度达2470 HV,晶粒尺寸也明显小于直流磁控溅射制备的TiN,摩擦磨损性能也得到了改善.     

N_2流量对HiPIMS制备Al-N共掺杂ZnO薄膜的性能影响

采用高功率脉冲反应磁控溅射(HiPIMS)在玻璃基底上沉积Al-N共掺氧化锌(ZnO)薄膜,研究氮气(N_2)流量对Al-N共掺杂ZnO薄膜的晶体结构、表面形貌和电学性质的影响。测量结果表明,N_2流量对掺杂的ZnO薄膜电导率类型转变和光电性能有很大影响:当N_2流量为8 mL/min时,掺杂ZnO薄膜在可见光波段透过率大于85%,薄膜导电类型为n型;随着N_2流量的增加,薄膜经历n-p-n型的转变过程。当N_2流量为20 mL/min时,掺杂的ZnO结晶性最好,晶体缺陷少、XRD衍射峰半峰宽(FWHM)最小、表面粗糙度也低,为p-ZnO。薄膜电学性能测量显示:载流子浓度、迁移率、电阻率分别为5.47×10~(17)cm~(-3)、2.7 cm~2/Vs、4.51Ωcm。     

N_2流量对HIPIMS/DCMS共沉积制备TiAlCrN涂层结构及性能的影响

利用高功率磁控溅射与直流反应磁控溅射共沉积技术制备了不同N_2流量下的TiAlCrN复合硬质涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、薄膜综合性能测试仪以及大气球盘摩擦磨损试验机分析测试了涂层的微观组织结构、力学性能及摩擦学性能。结果显示:随N_2流量的提高,涂层沉积速率先上升后下降;XRD测试表明增加N_2流量可有效抑制h-Al N相的生成,并且改善了涂层的结晶性能;同时,表面粗糙度先下降后升高,最小值可达45.7 nm;涂层硬度逐渐上升,而弹性模量在取得最大值后呈下降趋势,最大值分别为31.2和423.8 GPa;划痕临界载荷在N_2流量为250 m L/min时获得最优值5.5 N。摩擦学性能方面,随N_2流量的提高,涂层磨损率先下降后上升,最小值为2.6×10~(-17)m~3/N·m。由此可见,在一定范围内调节N_2流量可显著改善涂层的强度及耐磨损性能。     

TiZrN薄膜不同Zr含量时的微观结构及摩擦学性能

为了进一步评价Zr含量对TiZrN薄膜摩擦学性能的影响,采用反应磁控溅射法制备了Ti_(1-x)Zr_xN薄膜(0.14x0.56)。通过XRD,SEM技术分析了TiZrN薄膜的微观结构,考察了不同Zr含量时TiZrN薄膜的摩擦磨损性能。结果表明:TiZrN薄膜的晶体结构不因Zr的加入而改变,仍为面心立方结构;TiZrN薄膜为合金化复合膜,Zr以置换方式固溶于TiN中,随着Zr含量的升高,晶粒明显细化,柱状晶生长模式发生转变;TiZrN薄膜结构致密且硬度更高,小晶粒在摩擦磨损中能有效阻止裂纹的扩展,其抗摩擦磨损性能较TiN薄膜有明显的提高。     

射频磁控溅射法制备TiSiCN纳米复合膜的微观结构和力学性能研究

采用射频磁控溅射工艺在Si基底上制备TiSiCN纳米复合膜,固定靶材中的Ti含量,通过改变Si和C的含量比沉积得到一系列薄膜,采用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)和纳米压痕仪研究了不同Si/C含量比对TiSiCN纳米复合膜的微观结构和力学性能的影响。结果表明,Si/C含量比对TiSiCN纳米复合膜的微观结构和硬度具有显著影响,当Si/C含量比为Si2C2时制得薄膜的微观结构为晶化的界面相(SiNx+C)与其包裹的TiN纳米晶粒共格外延生长,薄膜硬度达到最高值46GPa。     

掺氮ZnO薄膜的制备及其光电性能

在保持氩气流量一定,通过改变O2与N2的流量比,以高纯锌为靶材,通过射频磁控溅射技术在石英玻璃衬底上生长氮掺杂ZnO薄膜。采用XRD、荧光光谱、扫描电镜及皮安表对薄膜的晶体结构、光学性能、表面和截面形貌及电学性能进行了表征。结果表明：氮掺杂ZnO薄膜仍具有高度的c轴择优取向;氮以受主杂质形式存在可有效降低薄膜的电阻率;薄膜中氮含量的相对变化是影响ZnO薄膜晶体质量和光电性质的重要因素。     

N掺杂Cu2O薄膜的低温沉积及快速热退火研究

采用氧化亚铜(Cu_2O)陶瓷靶,利用射频磁控溅射沉积法在氮气和氩气的混合气氛下制备了N掺杂Cu_2O(Cu_2O∶N)薄膜,并在N_2气氛下对薄膜进行了快速热退火处理,研究了N_2流量和退火温度对Cu_2O∶N薄膜的生长行为、物相结构、表面形貌及光电性能的影响。结果显示,在衬底温度300℃、N_2流量12sccm条件下生长的薄膜为纯相Cu_2O薄膜;在N_2气氛下对预沉积薄膜进行快速热退火处理不影响薄膜的物相结构,薄膜的结晶质量随退火温度(450℃)的升高而显著改善;快速热退火处理能改善薄膜的结晶质量和缺陷,降低光生载流子的散射,增强载流子的传输,预沉积Cu_2O∶N薄膜经400℃退火处理后展示出较好的电性能,薄膜的霍尔迁移率(μ)为27.8cm~2·V~(-1)·s~(-1)、电阻率(ρ)为2.47×10~3Ω·cm。研究表明低温溅射沉积和快速热退火处理能有效改善Cu_2O∶N薄膜的光电性能。     

磁控溅射TiN薄膜的工艺及电学性能研究

采用反应直流磁控溅射法,在Si基底上制备TiN薄膜.研究了溅射沉积过程中溅射气压和Ar/N2气体流量比对TiN薄膜结构及其电学性能的影响,并对试验结果进行了分析.研究发现,在Ar/N2气体流量比为15:1时,TiN薄膜的表面均方根粗糙度和电阻率都为最小.当溅射气压增大时,薄膜厚度减小.当溅射气压为0.3～0.5Pa时,薄膜表面较光滑,电阻率较小.     

磁控溅射制备TiN薄膜影响因素的研究

采用磁控溅射法在硅基片表面沉积TiN薄膜,研究了溅射气压、氮气流量、氩气流量、溅射电流等溅射参数对TiN薄膜导电性能的影响.实验参数采用正交设计法选取,经模糊分析得出,所考察的因素对薄膜光催化性能的影响次序由大到小依次为溅射电流、气体流量、溅射气压.进一步研究影响最大的溅射电流对薄膜结构与电学性能的影响,结果发现:溅射电流的增大使溅射粒子的动能随之增大,薄膜生长加快;薄膜的电阻率存在最小值.     

刀片表面Ti—Si—N涂层的制备及应用研究

本文通过改变硅靶电流的方法,用自制的磁控溅射设备在硬质合金刀片上制备了Ti-Si-N薄膜.用x射线衍射研究了Ti-Si-N薄膜的结构和织构变化,用XPS分析了薄膜的相组成,用显微硬度计测定了该涂层的显微硬度,用扫描电镜观察了薄膜的断口形貌,用标准切削试验方法研究了该涂层的耐磨性.结果表明,Ti-si-N薄膜主要由si3N4和TiN组成,Ti-Si-N涂层的硬度和耐磨性都高于TiN涂层.     

氮气含量对AlCrTaTiZrMoN_x高熵合金氮化物薄膜扩散阻挡性能的影响

国内对高熵合金的研究主要集中于其优异的力学性能,还未见有关高熵合金扩散阻挡性能的报道。采用直流磁控反应溅射方法在不同N_2流量占比气氛中制备了AlCrTaTiZrMoNx薄膜与Cu/AlCrTaTiZrMoNx/Si复合试样,并对样品真空退火1h。用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、四探针电阻测试仪(FPP)、场发射扫描电镜(SEM)对退火前后样品的物相结构、表面粗糙度、形貌以及方块电阻进行了分析表征,研究了薄膜的热稳定性和扩散阻挡性能。结果表明:随着N_2流量占比的增加,高熵合金氮化物薄膜表面粗糙度增加,方块电阻也单调增加;N_2流量变化会改变薄膜结构,未通入N_2时,薄膜为非晶结构,当通入N_2后,N原子会与金属原子形成氮化物,使结晶性能得到提高,薄膜结构为面心立方,N_2流量占比为20%时,薄膜结晶较好,晶粒细小;当N_2流量占比为0时,复合试样在700℃退火时失效;N_2流量占比为10%时,复合试样在800℃退火时失效;N_2气流量占比为20%和30%时,复合试样在800℃退火后,其X射线衍射峰没有明显的变化,复合试样表面较为平整,此温度为极限温度;在900℃退火后,复合试样界面发生了相互扩散,生成了高阻态铜硅化合物,表面粗糙度显著升高,表明扩散阻挡层已经彻底失效;可见,随着N_2流量占比的增加,高熵合金涂层的扩散阻挡性能和热稳定性得到提高,但当N_2流量占比大于20%时,其阻挡性能和热稳定性提高不明显。     

医用镍钛合金表面多层薄膜的制备及摩擦磨损和耐腐蚀性能

采用阳极氧化技术和射频磁控溅射技术在NiTi合金表面分别制备了TiO2薄膜以及Ti/TiN/TiO2多层薄膜。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、摩擦磨损试验仪及电化学工作站等仪器对薄膜的形貌、结构、摩擦磨损性能及耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,NiTi合金经表面处理后,其摩擦磨损性能和耐腐蚀性能均得以不同程度的改善,其中阳极氧化和磁控溅射复合处理的NiTi合金的耐磨性和耐蚀性具有最佳的配合。     

铀表面等离子体浸没离子注入沉积制备氮化层+Ti/TiN多层膜的结构与性能

为了改善金属铀的摩擦磨损和抗腐蚀性能,采用等离子体浸没离子注入沉积(PIII&D)技术在铀表面氮化,再沉积Ti/TiN多层膜.利用扫描电镜和X射线衍射分析了薄膜的形貌和组织结构;对薄膜的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能进行了测试.结果表明:薄膜表面致密,界面晶粒柱状生长方式被阻断,晶粒细化;薄膜为Ti和TiN的双相结构,衍射谱中出现了UO_2和U_2N_3的衍射峰;薄膜大大提高了铀基体的摩擦磨损和抗湿热腐蚀性能,调制周期对薄膜性能的影响较大.     

溅射及RTA处理对ITO薄膜特性的影响

采用RF-磁控溅射生长铟锡氧化物薄膜(ITO),研究了生长条件、快速热退火(RTA)温度对薄膜的晶化情况、透过率、电导率以及表面形貌的影响.结果表明:改变In2-x3 (Snx4 ·e)O3制备过程中的氧含量使Sn4 ·e对电子束缚能力发生变化,过高的氧分压使费米能级EF降低,功函数Ws增大,氧气流量为2 ml/min、退火温度为450℃时薄膜电阻率最低为2.5×10-4 Ω·cm,透过率达88%以上.     

沉积温度对N掺杂Cu_2O薄膜生长及光学特性的影响

利用反应射频磁控溅射技术,首次利用氧化铜作为溅射靶,在氮气和氩气的混合气氛下,制备出N掺杂的Cu2O薄膜。通过改变沉积温度,研究了氮掺杂Cu2O薄膜的结构特征和生长模式以及光学特性。研究结果表明低温沉积时,薄膜表现为比较强的（100）织构;随着沉积温度增加到500℃,薄膜逐渐转变为（111）织构,沉积温度增加导致的临界成核自由能的增加是决定薄膜织构特征的重要因素;原子力显微镜分析发现不同沉积温度的薄膜表面形貌的空间标度指数α〉1,属于表面扩散支配的薄膜生长机制;薄膜表面形貌的空间标度指数和关联长度随沉积温度的变化与薄膜织构度之间存在明显的关联;不同温度沉积的氮掺杂Cu2O薄膜的禁带宽度为（2.52±0.03）eV。     

非平衡磁控溅射沉积TiN/Ti-O复合薄膜机械性能研究

本文利用非平衡磁控溅射设备,采用四种不同的TiN到Ti-O的过渡方式,在Si(100)和Ti6A14V基体上制备了TiN/Ti-O薄膜.采用X射线衍射(XRD)分析薄膜的结构;使用AMBIOSXP-2台阶仪检测薄膜应力;利用XDl000B knoop型显微硬度仪、瑞士CSEM销盘摩擦磨损实验机、WS-97系统划痕实验机对薄膜的力学性能进行检测.结果表明,在钛合金表面制备TiN薄膜后,逐渐降低N2流量至0 sccm,沉积一层Ti膜,再用逐渐通入O2制备Ti-O薄膜的工艺制备的TiN/Ti-N/Ti/Ti-O薄膜具有较好的力学性能.     

中频孪生靶非平衡磁控溅射制备氮化硅薄膜及其性能(英文)

本文采用中频孪生靶非平衡磁控溅射技术在不同氮气流量比例的条件下制备出氮化硅薄膜。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、椭偏仪等研究了氮气流量比率对氮化硅薄膜的微观结构、表面形貌、沉积速率、折射率的影响。结果表明:中频孪生非平衡磁控溅射技术制备的薄膜为非晶态氮化硅。随着氮气流量比率的增加,Si-N键红外光谱吸收带向低波数漂移,薄膜的沉积速率降低,表面结构更为光滑致密,氮化硅薄膜的折射率降低。薄膜的硬度和杨氏模量分别达到22和220GPa左右。     

氮流量对孪生靶磁控溅射沉积氮化铬薄膜性能的影响

采用中频孪生靶反应磁控溅射在金属镍基底上制备氮化铬薄膜。利用X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电子显微镜、原子力显微镜、磨擦磨损试验仪和电化学工作站等系统研究了氮气流量(即氮/氩流量比)对薄膜的相结构、显微硬度、表面形貌、附着力、耐磨性和耐腐蚀性的影响。结果得到随氮/氩流量比的增加,CrN_x薄膜成分经历了一个由Cr→Cr+Cr N→Cr+Cr_2N+Cr N的演化过程,薄膜形貌由致密、球状颗粒向类长方体规则形状的面心结构转化;而薄膜的表面粗糙度则呈现出在低氮时稍微下降,高氮含量时又快速增加的趋势,在N_2/Ar流量比为23/53时,粗糙度达到最小;耐磨性、硬度都呈现随着氮流量的增加先上升后下降;薄膜耐腐蚀性能随氮的加入明显得到改善。综合性能分析认为,制备2.5μm厚的氮化铬薄膜时在N_2/Ar(流量比)为23/53较为合适。