沉积压力对磁控溅射WS2薄膜摩擦学性能的影响

目的研究不同沉积压力对磁控溅射WS2薄膜微观结构、力学性能和摩擦学性能的影响。方法采用射频磁控溅射法制备WS2薄膜。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜微观形貌、成分和晶相结构进行表征。用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。结果随着沉积压力增大,WS2薄膜疏松多孔结构明显降低,粗大柱状晶显著细化,薄膜致密度得到有效改善。沉积压力大于0.8Pa时,WS2薄膜表现出明显的(101)晶面择优取向。WS2薄膜硬度变化与薄膜中S/W原子比变化趋势相反,弹性模量逐渐减小。沉积压力0.4 Pa时,由于WS2薄膜大部分易滑移(002)晶面平行于基体表面,摩擦系数最低,为0.092,但其耐磨性能最差。沉积压为1.6 Pa时,WS2薄膜的磨损率最低,为2.34×10^-7 mm^3/(N·m),表现出良好的耐磨性能。结论改变沉积压力可以显著提高WS2薄膜致密度,改善薄膜的力学性能,提升WS2薄膜的摩擦磨损性能。     

沉积温度和退火处理对BCN薄膜结构的影响

采用脉冲激光沉积技术,在Si(100)基片上制备了BCN薄膜,研究了沉积温度和退火处理对BCN薄膜组分和结构的影响。利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)对制备的BCN薄膜进行了表征。结果表明:沉积温度升高时,BCN薄膜的组分无明显改变。所制备的BCN薄膜包含B—N,C—B和C—N化学键,是由杂化的B—C—N键构成的化合物。真空退火温度为700℃时,BCN薄膜结构稳定;大气退火温度达到600℃时,BCN薄膜表面发生氧化分解,同时有C≡N键形成,表明C≡N键具有较好的高温热稳定性。     

脉冲频率对HiPIMS制备TiN薄膜组织和力学性能的影响EI北大核心CSCD

为探究脉冲频率对通过高功率脉冲磁控溅射制备TiN薄膜组织力学性能的影响,选用Ti靶和N2气体,采用反应磁控溅射技术通过改变高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)电源脉冲频率在Si(100)晶片上制备不同种TiN薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪和扫描电子显微镜(SEM)对所制薄膜晶体结构和成分、表面和断面形貌进行分析,利用纳米压痕仪对薄膜的硬度和弹性模量进行表征,并计算H/E和H^(3)/E^(2)。结果表明,高离化率Ti离子轰击促使薄膜以低应变能的晶面优先生长,所制TiN薄膜具有(111)晶面择优取向。薄膜平均晶粒尺寸均在10.3 nm以下,随着脉冲频率增大晶粒尺寸增大,结晶度和沉积速率降低,柱状生长明显,致密度下降,影响薄膜力学性能。在9 kHz时,TiN薄膜的晶粒尺寸可达8.9 nm,薄膜组织致密具有最高硬度为30 GPa,弹性模量374 GPa,弹性恢复为62.9%,具有最优的力学性能。     

TiO_2薄膜成分和结构分析及其对折射率的影响

在硅衬底上利用电子束蒸发沉积了TiO_2薄膜,利用椭圆偏振仪测量了不同沉积温度下的TiO_2薄膜的折射率,发现其折射率随着沉积温度的升高而升高.利用X射线衍射(XRD)仪对这些薄膜的结构进行表征,发现折射率高的样品其结晶化程度也高.利用X射线光电子能谱(XPS)和傅立叶红外吸收谱(FT-IR)相结合的方法对薄膜的成分进行分析,发现内部存在低价态的钛氧化物,使薄膜的折射率明显低于固体块材料的折射率.     

金刚石-金属复合薄膜的电沉积规律

简要介绍了用电铸法制备金刚石一金属复合薄膜的方法，给出了薄膜的沉积规律，指出：电镀工艺参数如阴极电流密度、镀液中金刚石含量、搅拌等对沉积结果影响很大，而pH值、温度、阳阴极间距对沉积结果影响不很明显，重点给出了搅拌速度和位置对薄膜中金刚石含量分布的影响，搅拌速度太低金刚石颗粒分布不均匀，而搅拌速度太高则会引起沉积密度很低甚至无金刚石沉积，最佳搅拌速度范围为180r／m-220r／m，最佳搅拌位置在镀液下部。并从沉积机理的角度对所得结果作了简要分析。此外，采用扫描电镜(SEM)、X射线光电子谱(XPS)、X射线衍射(XRD)等检测手段研究了该薄膜显微结构。     

脉冲偏压对TiAlCN薄膜结构与力学性能的影响

利用多弧离子镀-磁控溅射复合技术通过改变脉冲偏压在Si片与SS304基体表面制备了TiAlCN薄膜,研究了不同脉冲偏压对薄膜结构和力学性能的影响。薄膜成分、表面形貌、相结构及力学性能分别利用能量弥散X射线谱(EDS)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和纳米压痕仪等设备进行表征。结果表明,随着脉冲负偏压的增加,薄膜中Ti元素的含量先减小后增大,而Al元素有相反的变化趋势。适当增大脉冲偏压,薄膜表面颗粒、凹坑等缺陷得到明显改善。物相分析表明TiAlCN薄膜主要由(Ti,Al)(C,N)相,Ti4N3-x相和Ti3Al相组成。薄膜平均硬度与弹性模量随脉冲负偏压的增加先增大后减小,在负偏压-200 V时达到最大值分别为36.8 GPa和410 GPa。     

磁过滤等离子体制备TiN薄膜中沉积条件对薄膜织构的影响

在室温条件下,利用自行设计的平面"S"形磁过滤等离子体设备,在(111)面单晶硅上制备TiN薄膜,通过改变基底偏压和反应气体成分,即通过改变氮气和氩气的气体流量来改变沉积离子的能量和密度,从离子轰击的角度研究了沉积条件对TiN薄膜织构的影响.对薄膜的表面形貌进行观察,用(θ～2θ)和1.5°掠入射2种X射线衍射方法对薄膜晶体结构和晶面取向进行了分析,对薄膜进行了电子衍射研究.结果显示磁过滤等离子制备的TiN薄膜表面平整光滑,颗粒尺寸为20～70 nm,且基底偏压和氩气流量的增大促使薄膜发生(111)面的择优取向,且(111)晶面与膜表面平行,而在高氩气流量的情况下,(200)和(220)面在薄膜平面也发生了定向排列.     

靶功率和基体偏压对BCN薄膜成分及结构的影响

利用直流磁控溅射技术制备了三元硼碳氮(BCN)薄膜,通过改变靶功率(70 W和210 W)和基体偏压(-50 V～-400 V)得到不同成分和组织结构的薄膜.采用X射线光电子能谱仪和傅立叶红外光谱仪分析了薄膜的成分和结构.结果表明:靶功率增加使得薄膜成分发生改变,而基体偏压改变对薄膜中各元素的原子百分含量几乎没有影响;基体偏压的增加会引起高能粒子对基体的轰击作用增强,有利于薄膜中B-N键的形成,而且轰击能量越高越有利于sp3杂化的B-N键形成.     

沉积压力对磁控溅射La-Ti/WS2复合薄膜结构和摩擦学性能的影响

目的研究不同沉积压力对磁控溅射La-Ti/WS_2复合薄膜微观结构及摩擦学性能的影响。方法采用非平衡射频磁控溅射法制备WS_2薄膜和La-Ti/WS_2复合薄膜。利用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对薄膜微观形貌、成分和晶向结构进行表征。用纳米压痕仪、摩擦磨损试验机和白光干涉三维形貌仪测试薄膜的力学性能和摩擦磨损性能。结果掺杂La和Ti可以改善WS_2复合薄膜的微观结构。在给定的沉积压力下,La-Ti/WS_2复合薄膜均呈岛状生长模式,组织均匀,且排列较为紧凑,结构致密性好。随着沉积压力的增大,WS_2(002)衍射峰向高θ值偏移,晶面间距减小,晶格发生收缩。复合薄膜的硬度和弹性模量随着沉积压力的增大,先增大后减小。沉积压力为1.2 Pa时,La-Ti/WS_2复合薄膜的摩擦系数低至0.07左右,磨损率低至2.45×10~(–8) mm~3/(N·m)。结论沉积压力对La-Ti/WS_2复合薄膜的性能有较大影响,合适的沉积压力可以提升La-Ti/WS_2复合薄膜的摩擦磨损性能。     

离子束沉积Al2O3纳米薄膜微观结构及形貌研究

采用离子束溅射方法在单晶Si(100)基片上沉积厚度为100nm的Al2O3薄膜,利用原子力显微镜、X射线光电子能谱、掠入射衍射等微观分析手段,研究了薄膜的表面形貌、粗糙度、成分,及退火后微观结构的变化。研究表明:室温沉积在基片上的纳米薄膜为非晶态,纳米颗粒为无方向性沉积,颗粒呈团球状,其成分基本满足Al2O3的标准成分配比。850℃×6h退火处理后,生成晶态的-γAl2O3,薄膜表面结晶完整,颗粒清晰可见。     

磁控溅射沉积BC_x薄膜的摩擦学性能

探索具有优良摩擦学性能的BCx薄膜的制备方法具有重要意义,文中采用闭合场非平衡磁控溅射碳化硼靶和石墨靶(纯度均为99.9%)的方法,在38CrMoAl齿轮钢和Si(100)表面沉积BCx薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱、纳米压入仪、CSM摩擦磨损试验机和X射线光电子能谱仪(XPS)分别分析了BCx薄膜的结构特征、力学性能和摩擦磨损性能,得到了石墨靶电流对碳化硼薄膜结构和性能的影响规律。结果表明:相同的沉积时间内,BCx薄膜的厚度随石墨靶电流的增加逐渐增大,硬度、弹性模量逐渐降低,微观形貌的柱状结构特征越来越明显;增加石墨靶电流可以提高BCx薄膜的摩擦学性能,当石墨靶电流为2.4A时,BCx薄膜的摩擦因数稳定在0.2左右,且具有最佳的耐磨性能。     

轴向磁场对电弧离子镀TiN薄膜组织结构及力学性能的影响

为了研究轴向磁场对薄膜结构及力学性能的影响规律,采用电弧离子镀方法在高速钢基体上沉积了TiN薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、轮廓仪和纳米压痕仪考察了外加轴向磁场对薄膜化学成分、组织结构、硬度及弹性模量的影响。结果表明:外加轴向磁场对TiN薄膜的组织结构及力学性能有明显影响。磁场强度越高,薄膜表面颗粒及溅射坑越大,薄膜表面粗糙度增大;薄膜中N含量随着磁场强度增加而增大,而Ti含量则显示出相反的趋势;磁场对薄膜择优取向有明显影响,随着磁场强度增加,薄膜(111)取向增强,而后逐渐转变为(220)择优;薄膜硬度和弹性模量随着磁场强度增加先增加而后降低,在磁场强度为50Gs时分别达到最大值28.4GPa与415.4GPa。     

磁控溅射沉积氧化铝薄膜的迟滞效应

利用光发射谱(OES)技术,对反应磁控溅射过程的氧化铝薄膜的迟滞效应进行了研究.对等离子体中的铝(396 nm)谱线和氧化铝(484 nm)谱线随氧气流量的变化进行了实时测量,获得了其迟滞曲线.在迟滞曲线的不同位置分别进行了氧化铝薄膜的沉积试验.采用X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和紫外可见吸收光谱仪(UV-VIS)对薄膜的晶体结构、成分和透光性进行了分析.结果表明:由于磁控靶表面的氧化铝沉积影响了铝靶材的溅射,导致Al(396 nm)谱线的强度对氧化铝薄膜的晶体结构、原子比以及样品的透光性有明显的影响.同时,由迟滞曲线可知在氧气流量为1.5～2.0 mL/min的过渡区内存在着一个最优沉积带.在这个沉积带获得的样品,其成分具有最佳的化学原子量配比,为0.689.这说明沉积出了高质量的氧化铝薄膜.     

衬底温度对脉冲激光沉积氧化锌薄膜性能的影响

采用脉冲激光沉积(PLD)技术,在Si(100)衬底上制备出高度c轴取向的ZnO薄膜。运用X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)、拉曼光谱(Raman)对衬底温度在300⁷00℃条件下沉积的氧化锌薄膜进行表征,研究了衬底温度对氧化锌薄膜结构和发光特性的影响。实验表明,700℃条件下沉积的薄膜具有相对较好的结晶质量,其X射线衍射峰半高宽(FWHM)最窄,晶粒最大,近带边紫外发光峰与深能级发光峰的比值显著增强。     

脉冲偏压对电弧离子镀TiCN薄膜组织结构的影响

目的改善TiCN薄膜的组织结构,进一步提高其硬度与结合力。方法采用电弧离子镀技术,通过改变脉冲偏压的幅值,制备一系列的TiCN薄膜。通过扫描电子显微镜(SEM)观察薄膜的表面和截面形貌,采用X射线衍射(XRD)对薄膜进行物相分析,用X射线光电子谱(XPS)表征元素的化学状态,通过能谱仪(EDS)分析薄膜的成分。采用显微维氏硬度计测量薄膜硬度,使用3D轮廓仪测量薄膜厚度,利用多功能材料表面性能试验仪进行划痕测试。结果偏压对薄膜的硬度、结合力、组织结构和沉积速度都有影响。随着脉冲偏压的提高,TiCN薄膜晶粒逐渐细化,沉积速率、结合力有先增大后减小的趋势,TiCN薄膜的硬度保持线性提高。偏压为-200 V时,TiCN薄膜出现C_3N_4新相,此时薄膜的硬度和结合力都大幅度提高,表面形貌发生突变,液滴最多。偏压为-250 V时,TiCN薄膜综合性能最好,并且表面的液滴明显减少,此时硬度值为4017HV,结合力为51 N。结论偏压对组织结构及碳元素在薄膜中的存在形式有一定影响,适当地改变脉冲偏压可以使TiCN薄膜的显微组织更加致密,同时,形成的弥散硬化相使薄膜具备较高的硬度和膜基结合强度。     

BCN薄膜的结构及性能

采用直流磁控溅射法制备了B-C-N薄膜.通过改变基体偏压,研究其对薄膜的成分、结构和力学性能的影响.X射线光电子谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验结果表明薄膜中存在着B-C,B-N,C-C和C-N键,说明薄膜中B,C,N 3种元素达到了原子级化合.随基体偏压增大,薄膜无序化程度增强.纳米硬度测试结果表明,随着基体偏压的增,纳米硬度和弹性模量不断增加.     

脉冲直流PCVD技术在盲孔底部沉积Ti-Si-N薄膜

用脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积(PCVD)技术在盲孔的底部获得Ti-Si-N薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)，X射线能量色散谱仪(EDX)，X射线衍射仪(XRD)，球痕法(ball-Crater)，显微硬度计(Hv)和涂层压入仪(Pε)分析不同肓孔深度处薄膜的微观结构和力学性能。结果表明，随着盲孔深度的增加，Ti-Si-N薄膜中Ti与Si元素相对比例降低，薄膜厚度下降，薄膜与基体的结合强度有很大提高，膜基复合显微硬度下降，而薄膜的本征硬度在盲孔深度为20mm处出现最大值。     

直流溅射沉积CrAlN和CrN薄膜微观结构与摩擦性能分析研究（英文）

采用直流反应溅射在304不锈钢表面沉积CrAlN和CrN薄膜。利用X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱仪(XPS),原子力显微镜(AFM)等表征Al元素的加入对CrN薄膜成分与组织结构的影响。采用摩擦磨损试验机和3 mm的Si_3N_4作为对偶球测试其在不同环境下的摩擦性能,并利用Nanomap 500LS三维轮廓仪表征磨痕轮廓。研究结果表明,CrN薄膜主要物相是CrN和Cr_2N相,CrAlN薄膜主要物相是CrAlN和Cr_2N相。CrN薄膜的(200)晶面的CrN相呈择优取向,而CrAlN薄膜的(200)晶面的CrAlN相也呈择优取向。在CrAlN沉积的过程中,部分的Cr原子被Al原子替代形成有利于细化晶粒和提高薄膜的综合性能。因此,在所有的实验环境中,CrAlN薄膜都比CrN薄膜具有更好的抗磨损性能和低的磨损率。     

非平衡磁控溅射沉积类石墨碳膜结构及其摩擦学性能

利用非平衡磁控溅射技术在单晶硅基底上沉积了类石墨非晶碳膜。利用X射线光电子光谱、Ram an光谱、高分辨透射电子显微镜及原子力显微镜对沉积薄膜的微观结构进行了详细表征;利用纳米压痕仪和球盘摩擦试验机分别对其力学性能和摩擦学性能进行了测试。结果表明,当前制备的非晶碳膜中sp2杂化碳占主导呈现出类石墨特征,但薄膜硬度可达14.2 GPa。大气环境中的摩擦性能测试表明,所制备的类石墨非晶薄膜具有优异的摩擦学性能:其承载能力高达2.8 GPa,同时具有较低摩擦因数(~0.05)和磨损率(~10-11cm3/Nm)。类石墨碳膜优异的摩擦学性能主要归因于其独特的结构、较低的内应力及良好的热稳定性。     

直流电沉积Ni-W-P镀层研究

采用直流电沉积法,在低碳钢表面成功沉积Ni-W-P镀层。应用X射线荧光(XRF)、扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)、X射线衍射(XRD)仪等方法,研究电流密度、镀液pH值和镀液温度对Ni-W-P镀层成分、表面形貌和结构的影响。结果表明,电流密度和镀液pH值的变化对Ni-W-P镀层成分的影响很大,而电流密度、镀液pH值和温度对镀层厚度的影响较小。电流效率随着电流密度和镀液温度的增大分别降低和升高,而随着镀液pH值的变化,在pH=7.0时有极大值。镀液pH值对Ni-W-P镀层结构有较大影响,在pH=8.0时,镀层呈现明显的Ni(111)峰,此时镀层硬度达到极大值7130MPa。在此基础上,对Ni-W-P镀层的电沉积机制做了进一步探讨。