等离子体浸没离子注入和沉积技术制备TiN薄膜研究

利用多功能等离子体浸没离子注入设备 ,采用等离子体浸没离子注入和沉积技术在Ti合金表面制备具有优异力学性能的TiN薄膜。研究了真空室中氮气存在状态及氮气压力对薄膜性能的影响 :当氮以中性气体存在于真空室中 ,薄膜的生长主要受热力学因素控制 ,沿着低自由能的密排面 (低指数面 )TiN(1 1 1 )择优生长 ;当氮以等离子体状态存在于真空室中 ,薄膜沿着高指数面TiN(2 2 0 )择优生长 ,具有高硬度、耐磨性好的优点 ,并且随着N分压的提高 ,薄膜耐磨性提高     

Effect of wafer size on the film internal stress measurement by wafer curvature method

Wafer curvature method has been applied to determine the internal stress in the films using Stoney’s equation. During the film deposition, the wafer fixation on the sample holder will restrict the deformation of the rectangle-shaped wafer, which may result in the stress datum difference along length and width direction. In this paper, the effect of wafer size and the wafer fixation on the TiN film internal stress measured by wafer curvature method was discussed. The rectangle-shaped wafers with different length/width ratios (L/W=1:1, 2:1, 3:1 and 4:1) were fixed as a cantilever beam. After the TiN films deposition, the profiles of the film/wafer were measured using a stylus profilometer and then the internal stress was calculated using the Stoney equation in the film. The results showed that the fixed end of the wafers limited to some degree the curvature of the wafers along the width direction. For film internal stress measured by wafer curvature method, the wafer profile should be scanned along the length direction and the scan distance should be greater than or equal to half of wafer length. When the length/width ratio of the wafer reached 3:1, the wafer curvature and the calculated stress were basically the same at different positions along the length direction. For film internal stress measured by wafer curvature method, it was recommended that the length/width ratio of wafer should be considered to be greater than or equal to 3:1, and the deformed profile was scanned along the length direction.     

工程材料课程教学改革中立体化教学资源和教学平台的构建

针对工程材料课程教学中存在的问题,提出了教学改革的具体方案,即通过改革理论教学和试验教学的内容体系及教学方式,构建立体化教学资源和教学平台,采用课堂教学与网络教学结合的立体化教学模式,结合现代教学技术与传统教学手段的优势,提高教学质量,培养学生的创新及实践能力.     

利用掺杂及梯度复合技术对生物材料进行TiO2(Ta5+)/TiN薄膜表面改性的研究

采用磁控溅射技术同热氧化相结合的方法合成TiO2(Ta5 )/TiN复合薄膜,并对薄膜的硬度、摩擦磨损等力学特性以及血小板粘附等血液相容性进行了研究.研究结果表明,掺杂使血液相容性提高,梯度复合使力学特性改善,因而薄膜具有良好的力学耐久性和血液相容性.此外,薄膜与血液的界面张力也被测试.结果表明,低的薄膜/血液界面张力改善了TiO2(TA5 )/TiN复合薄膜的血液相容性.     

生物材料的表面工程

论述了生物材料表面工程领域的科学基础、技术范畴、现状和趋势,并叙述了作者在该领域的一些研究工作与结果.     

不同晶体结构氧化钛薄膜性能研究

用非平衡磁控溅射技术分别制备了锐钛矿、金红石、锐钛矿和金红石共存结构的氧化钛薄膜.用X射线衍射(XRD)分析薄膜的晶体结构,血小板粘附和凝血因子实验研究薄膜的血液相容性,分光光度计和接触角测量法测试薄膜表面物化性质.研究表明,氧化钛薄膜具有宽禁带的半导体特性,血液相容性优于热解碳.金红石结构氧化钛薄膜由于其与血浆白蛋白、血浆纤维蛋白原、血液及水之间有较小的界面张力,自身较低的表面能色散分量与极性分量的比值,加之其宽禁带宽度的n型半导体特性使其具有最优的血液相容性.     

非晶碳膜的表面润湿性对生物相容性的影响

采用等离子体注入沉积方法(PⅢ-D),混合通入C2H2、Ar或N2,制备了具有不同表面润湿性的非晶碳薄膜a-CH和掺N非晶碳薄膜a-CNH.采用Raman及XPS方法对薄膜的结构进行了分析,采用血小板黏附实验评价薄膜的抗凝血性能,采用材料表面的内皮细胞培养,对材料的细胞毒性以及生物相容性进行评价.结果表明非晶碳膜的生物相容性的提高与其表面的润湿性的变化密切相关,可通过掺杂特定的元素,增加a-CH薄膜表面张力的极性倾向,提高非晶碳膜的亲水性,来进一步改进a-CH薄膜的生物相容性,特别是血液相容性.     

磁控溅射工艺参数对氧化钛薄膜晶体结构的影响

用非平衡磁控溅射技术制备氧化钛薄膜.研究了基体偏压、沉积温度、基体性质及溅射功率对薄膜晶体结构的影响.结果表明,到达基体的粒子的能量和离子/原子比是影响氧化钛薄膜晶体结构的主要因素;而到达基体的离子/原子比是生成完全金红石结构氧化钛薄膜的决定性因素.     

类金刚石薄膜在人工关节摩擦配副表面改性的应用

关节置换术是目前治疗关节疾病最直接、有效的手段,随着国民经济的增长,人工关节在我国的需求量不断增加。介绍了常见人工关节的类型及特点,以及目前用于提高人工关节摩擦副表面耐磨损性及耐腐蚀性的方法,通过比较发现,类金刚石（DLC）薄膜在提高人工关节耐磨损、耐腐蚀性能方面具有更好的应用前景。阐述了DLC薄膜结构、性能及其制备方法,并结合目前DLC薄膜在人工关节摩擦配副表面改性中应用所面临的主要问题,介绍了目前用于降低DLC薄膜内应力、增加DLC薄膜/基体结合力的方法。最后,针对 DLC 薄膜应用于人工关节摩擦配副表面改性中存在的缝隙腐蚀及结合失效问题,并结合人工关节体内服役环境特点,提出了利用金属离子催化人工关节摩擦配副表面吸附蛋白的变性、分解,形成致密生物薄膜,对DLC薄膜的磨痕和缺陷进行修复的思想,展望了新型DLC薄膜在人工关节表面改性中的应用前景。     

高功率脉冲磁控溅射制备的TiN薄膜 应力释放及其结合稳定性研究

目的 探究高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）制备的氮化钛（TiN）薄膜在自然时效过程中,应力、薄膜/基体结合性能随时间的变化规律。方法 采用高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）技术,通过调控基体偏压（-50、-150 V）,制备出具有不同残余压应力（3.18、7.46 GPa）的TiN薄膜,并采用基片曲率法、X射线衍射法、划痕法和超显微硬度计评价了薄膜的应力、薄膜/基体结合性能、硬度随时间的变化规律。结果 在沉积完成后1 h内,-50 V和-150 V基体偏压下制备的TiN薄膜压应力分别在3.12~3.39 GPa和7.40~7.55 GPa范围内波动,薄膜压应力没有发生明显变化;沉积完成后1~7天,平均每天分别下降28.57 MPa和35.71 MPa;7~30天,平均每天分别下降2.08 MPa和2.50 MPa;30~60天内,平均每天分别下降1.67 MPa和7.00 MPa。其压应力连续下降,且均表现出前期下降速率快,后期下降逐渐放缓的趋势。自然放置60天后,应力基本释放完毕,薄膜性质基本保持稳定。同时,薄膜/基体结合性能随时间逐渐变差,薄膜硬度下降。结论 HPPMS制备的TiN薄膜在自然时效过程中,其残余应力会随时间增加,连续下降,进而影响薄膜的力学性能。