磁控溅射沉积硬韧 ZrAlN 薄膜及薄膜力 学性能

目的获得具有高硬度、高韧性的ZrAlN薄膜。方法采用磁控溅射技术在钛合金和单晶Si上沉积不同Al含量的ZrAlN薄膜,对薄膜的微观组织和相结构进行表征,并测试薄膜的硬度(H)、弹性模量(E)和断裂韧性(KIC)。结果当Zr1-xAlxN薄膜x分别为0.05,0.23,0.47,0.63时,对应的硬度依次为24.5,40.1,17.1,19.1 GPa,断裂韧性依次为1.47,3.17,1.13,1.58 MPa·m-0.5。x为0.05和0.23时,Al固溶到ZrN晶粒中,形成NaCl型面心立方(FCC)结构;x为0.47和0.63时,则形成纤锌矿密排六方(HCP)AlN第二相。结论 ZrAlN薄膜的硬度和韧性与相组成密切相关。Al固溶时,ZrAlN的硬度较高,韧性较好;超过固溶极限,形成六方AlN时,ZrAlN硬度较低,韧性较差。相比之下,Zr0.77Al0.23N薄膜同时具备最高的硬度和最高的韧性。     

铝表面磁控溅射沉积不锈钢薄膜及其性能

在铝箔表面采用直流反应磁控溅射方法进行溅射试验,在铝箔表面沉积出不锈钢薄膜.采用磨损试验、盐雾试验、显微硬度试验和薄膜厚度测试等方法对试样进行检测,用扫描电镜和金相显微镜对试样表面形貌观察分析.试验结果表明,溅射功率选择在300 W时,在铝箔表面沉积不锈钢薄膜,铝箔表面耐磨性增大,硬度增大,沉积的不锈钢薄膜晶粒尺寸细小、均匀致密,表面呈金属光泽,薄膜与基体结合良好,并具有一定的耐蚀性能.     

氧流量对磁控溅射ZrO2薄膜光学性能的影响

采用反应磁控溅射法在k9玻璃基底上沉积ZrO2薄膜.用轮廓仪、椭圆偏振仪和分光光度计,分别测试薄膜的厚度、折射率、消光系数和透过率,研究了不同氧流量对薄膜沉积速率和光学特性的影响.结果表明:随着氧气流量增加到22～24 mL/min(标准状态下)时,沉积速率从6.8 nm/s下降到2.5 nm/s,并趋于稳定;在入射波...     

沉积参数对磁控溅射沉积Ti-B-C薄膜力学性能的影响

采用Ti/B4C复合靶作为靶材,通过磁控溅射方法沉积了成分、结构可调的Ti-B-C薄膜。利用X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)分析了Ti-B-C薄膜的成分和结构,利用纳米压痕法测量了Ti-B-C薄膜的力学性能。结果表明,励磁线圈电流改变会影响薄膜的成分和结构,沉积温度改变对薄膜的成分无明显影响,但会影响薄膜结构,溅射电压改变对薄膜的成分和结构均无明显影响。薄膜的力学性能是薄膜中内应力和晶态硬质相含量综合作用的结果。通过调整沉积参数以及热处理条件,可以获得性能优异的Ti-B-C薄膜。     

氮气流量对反应磁控溅射TiN薄膜微结构与力学性能的影响

利用磁控溅射镀膜技术分别在硬质合金YG6X和单晶Si片表面制备TiN薄膜,分析N2流量对薄膜相组成、表面形貌、显微硬度和膜基结合力的影响。结果表明,N2流量对薄膜的微结构以及力学性能具有重要影响。随着N2流量的降低,TiN薄膜表面孔洞和台阶明显减少,表面平整度得到明显改善;薄膜的物相组成在N2流量为0.2sccm时为TiN和TiN0.61两相;N2流量的变化改变了薄膜表面的能量状态,因此,降低N2流量导致TiN薄膜的生长取向由(200)面向(111)面转变。同时,N2流量为2.4 sccm时TiN薄膜的膜基结合力最高,此时TiN薄膜也具有最高的显微硬度。     

溅射气压对磁控溅射TiN薄膜光学性能的影响

采用直流反应磁控溅射方法在Si(111)基底上沉积了氮化钛薄膜。研究了在溅射沉积过程中,改变腔体气压对所制备的薄膜结构及性能的影响。研究发现:在保持其它工艺参数不变的条件下,沉积的TiN薄膜在不同溅射气压下生成的物相不同,薄膜的主要成分是立方相TiN,薄膜的结晶均显示出明显的TiN(200)择优取向。在腔体气压为0.5 Pa时出现的TiN(200)衍射峰最强、择优取向最明显。随着腔体气压的增加,薄膜厚度变小,而衍射峰则呈减弱的趋势,TiN薄膜的生长可能无择优取向。当腔体气压为0.35 Pa时,膜层致密均匀,没有大尺寸缺陷且粗糙度好,薄膜的结晶度最好,表面也最光滑,在测试波长范围内对光的平均反射率最大,可满足光学薄膜质量方面的要求。     

磁控溅射ZrAlCuN薄膜的微观组织与力学性能

采用磁控溅射技术制备不同原子比的ZrAlCuN薄膜。采用场发射扫描电镜(FESEM)观察截面形貌,高分辨透射电镜分析微观组织结构,纳米压入法测定薄膜的硬度,压入法(维氏压头)测定薄膜的韧性。结果表明:Zr0.36Al0.15Cu0.01N0.48薄膜截面呈纳米尺度柱状晶,沿沉积方向生长,仅存在[111]、[200]、[220]、[311]取向的5~10nm ZrN晶粒,未发现AlN及Cu独立相,硬度约41.7GPa(载荷10mN),弹性模量约257.8GPa。Zr0.29Al0.24Cu0.08N0.39薄膜呈纳米尺度柱状晶,存在10~20nm ZrN纳米晶以及Cu[111]纳米晶,硬度约27GPa(载荷10mN),弹性模量约225.8GPa。由于前者具备较高的硬度/弹性模量比,从而表现出较好的韧性。     

离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响

采用离子源辅助中频反应磁控溅射技术在单晶硅及硬质合金基体上沉积AlN薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、薄膜结合强度划痕试验仪等对薄膜结构及性能进行表征,着重研究了离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响.结果表明:离子源的辅助沉积有利于AlN相的合成,当离子源功率大于0.7 kW时,AlN沿(100)晶面择优取向明显,当离子源功率为1.3 kW时,所沉积膜层有向非晶化转变的趋势.同时,随着离子源功率的增加,所沉积的AlN薄膜致密度和膜、基结合力均显著提高,而膜层沉积速率和硬度则呈先上升后降低的规律.     

磁控溅射沉积V-Al-N涂层的结构和性能研究

通过反应磁控溅射法制备了V1-xAlxN(0≤x≤0.67)涂层,研究了Al含量对涂层微观结构、力学性能及摩擦磨损性能的影响.结果表明:在0≤x≤0.51范围内,随Al含量的增加,V1-xAlxN涂层的微观结构不断变得致密,硬度不断提高,其中结构最为致密的V0.49Al0.51N涂层的硬度较VN提高了近3倍;在较宽的成分区间内,V1-xAlxN涂层结构均比较致密,硬度大于30 GPa,最高硬度达到41 GPa;随着硬度的改善,V1-xAlxN涂层的摩擦磨损性能较VN涂层也有不同程度的提高.     

非平衡磁控溅射沉积Ti-N薄膜色彩和性能调控研究

目的研究Ti-N薄膜颜色和硬度及其结合强度的影响因素。方法利用封闭磁场非平衡磁控溅射离子镀膜技术,该变溅射偏压、氮气流量等参数,分别在304不锈钢基体和载玻片基体上沉积多彩Ti-N薄膜。用努氏硬度、划痕法和球坑法分别评价Ti-N薄膜的显微硬度和结合强度等性能。结果当偏压和溅射电流分别为-60 V和2 A时,将反应气体氮气流量从3sccm逐渐增加到20sccm,Ti-N薄膜颜色依次发生从"淡黄-金黄-红黄-紫红-金黄"的循环变化趋势。薄膜的硬度随氮气流量的增加在601~700HK之间呈逐步上升的趋势。膜基结合普遍较好。当氮气流量和溅射电流分别为10sccm和2 A时,将负偏压从-50 V逐渐增加到-120 V,薄膜颜色从淡黄色变成金黄色,膜基结合强度较好。硬度随偏压的增加变化不明显。结论影响Ti-N薄膜颜色的主要因素为氮气流量,偏压也可以轻微地改变薄膜颜色,但对薄膜性能影响并不明显。     

反应磁控溅射法直接制备光催化纳米TiO2薄膜

通过优化直流反应磁控溅射沉积工艺,在氩气和氧气气氛中溅射高纯钛靶,在玻璃和不锈钢衬底上直接低温沉积出具有锐钛矿结构的TiO2薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和表面轮廓仪分析发现,当氧的体积分数在5%～20%之间变化时,制得的TiO2薄膜是致密的锐钛矿结构,具有典型的锐钛矿相(101)、(004)、(112)、(211)、(220)的晶面特征峰,薄膜的晶粒尺寸随着氧含量的增加逐渐减小,其生长速率最快可达到68nm/min。在紫外光的照射下分解甲基橙实验表明,所制备的薄膜具有良好的光催化分解有机物的能力。     

工艺参数对磁控溅射制备 TiO2 薄膜结晶性的影响

目的探究TiO2薄膜结晶性与工艺参数之间的规律。方法采用直流反应磁控溅射法,改变工艺条件(样品位置、溅射功率、氧气分压、是否开转架、沉积温度以及是否退火),在普通载玻片基底上制备TiO2薄膜,并利用XRD和SEM对不同工艺参数下获得的TiO2薄膜进行分析。结果在靶基距固定的情况下,仅改变样品悬挂的上下位置时,薄膜的结晶性差别不大。随着溅射功率在一定范围内增大,薄膜的结晶性越来越好(趋于锐钛矿晶型)。与氧气分压为5%时相比,10%时的薄膜结晶性更优;与开转架时相比,不开转架时薄膜的结晶性更优。沉积温度在300,350℃两者之间变化时,对薄膜的结晶性影响不大。退火后薄膜的结晶性优于未退火薄膜。结论样品位置、沉积温度对于TiO2薄膜的结晶性影响不大;氧气分压、是否开转架对TiO2薄膜的结晶性有一定影响;溅射功率、退火与否对TiO2薄膜的结晶性影响较大,并且退火后出现金红石相。     

磁控反应溅射制备GexC1-x薄膜的结构

利用射频磁控反应溅射以Ar、CH4 为原料气体 ,在较宽的工艺参数范围内制备出了GexC1-x薄膜。利用X射线衍射 (XRD)、X射线光电子谱 (XPS)对制备的薄膜进行了分析。结果表明 ,GexC1-x薄膜的结构强烈依赖于制备的工艺参数。当沉积温度较低、射频功率不大时 ,GexC1-x薄膜主要为非晶态结构。随着沉积温度升高、射频功率增大 ,薄膜中出现Ge微晶相。GexC1-x薄膜中Ge与C发生电荷的转移 ,形成化学键。     

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。     

椭圆光谱法研究TiO_2薄膜的光学性能

使用直流磁控溅射法,通过改变沉积压强在玻璃衬底上制备了Ti O2薄膜。通过椭圆光谱法研究了Ti O2薄膜的光学性能;利用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射对薄膜的表面形貌和结构进行了表征。结果表明:压强的大小在磁控溅射法制备Ti O2薄膜过程中能有效控制其晶粒尺寸、膜厚及薄膜的折射率。压强越大,晶粒尺寸越小,吸收边"蓝移"越明显;薄膜厚度随压强的增大先增加后减小;平均折射率随压强的增大呈下降趋势,消光系数在可见光波段的平均值趋于零。     

射频反应磁控溅射法制备ZnO:Al透明导电薄膜的光电性能

室温下采用射频(RF)反应磁控溅射技术在玻璃衬底上沉积具有(002)择优取向的透明导电Al掺杂ZnO(AZO)薄膜。XRD结果表明,制备的AZO薄膜为多晶,具有c轴择优取向。退火处理能提高其结晶度。在Al靶射频功率为40W,ZnO靶射频功率为250W,氩气流量为15mL/min的条件下,获得200nm厚的薄膜电阻率约3.8×10-3?·cm,在可见光范围内有很好的光透过率。     

Carbon-Doped Titanium Oxide Films by DC Reactive Magnetron Sputtering Using CO2 and O2 as Reactive Gas

CO2and O2were employed as reactive gases to fabricate carbon-doped titanium oxide films using DC reactive magnetron sputtering.Microstructure,composition and optical band gap of the films were investigated by X-ray diffraction,X-ray photoelectron spectroscopy,and UV–visible spectrophotometer,respectively.The results showed that carbon-doped titanium monoxide films(C-TiO) with a carbon concentration of 5.8 at.% were obtained in an Ar/CO2mixed atmosphere.However,carbon-doped rutile and anatase(C-TiO2) with a carbon concentration of about 1.4 at.% were obtained in an Ar/CO2/O2mixed atmosphere.The optical band gaps of C-TiO and C-TiO2were about 2.6 and 2.9 eV,respectively.Both of them were narrower than that of pure TiO2films.Films with narrowed optical band gap energy are promising in promoting their photo-catalytic activity.     

磁控溅射法制备硅钼薄膜及其性能表征

用射频磁控溅射法在硅基底上成功制备出具有低电阻率的单一四方相二硅化钼薄膜，并通过X射线衍射仪、原子力显微镜及四探针电阻测试仪对退火前后的薄膜样品进行了结构和电学性能分析。结果表明：薄膜的电学特性强烈依赖于薄膜的微结构和相组成。沉积态薄膜主要为非晶结构。经高温退火后，薄膜的晶态结构发生显著的变化，晶化效果明显提高，薄膜方阻大幅降低。