TiN薄膜的合成及其性能研究

用电子束蒸发沉积钛和40keV氮离子束轰击交替进行的办法合成了TiN薄膜。用RBS,AES,TEM,XPS,和X射线衍射研究TiN薄膜的组分和结构表明:用离子束增强沉积制备的TiN薄膜主要由TiN相构成;晶粒大小为30—40um,无择优取向;而非离子束轰击沉积的薄膜则是无定形的;用离子束增强沉积制备的TiN薄膜,其氧含量明显小于无离子束轰击薄膜的值;在TiN薄膜和衬底之间存在一个界面混合区,厚度为40um左右。机械性能测试表明,TiN薄膜具有高的显微硬度,低的摩擦系数。     

离子束增强沉积合成氮化钛薄膜的计算机模拟SCIEI

本文建立了一个适用于描述离子束增强沉积(Ion Beam Enhanced Deposition,即IBED)过程的Monte-Carlo计算机模拟程序。程序由离子注入计算和蒸发沉积计算两大部分组成。离子注入计算以二体碰撞近似为基础,以随机固体为靶模型,对入射离子和所有反冲原子的力学运动进行跟踪。程序中考虑了沉积原子对靶室中某些残余气体分子的吸附;还表达了靶的组份及密度在IBED过程中的不断变化,从而实现了靶的动态化。该程序可以提供IBED薄膜组份的深度分布、界面混合以及能量沉积等信息。计算结果表明,在IBED氮化钛薄膜中,Ti沉积速率对薄膜组份有很大影响。当沉积速率较低时,薄膜组份基本与注入离子和沉积原子的到达率比(N/Ti)无关。膜与基体间的混合层厚度随离子原子到达率比(N/Ti)增加而增加。计算结果与实验测试结果符合很好。     

PREPARATION OF TiN FILMS BY N_2 ASSISTED Xe~+ ION BEAM ENHANCED DEPOSITION AND THEIR MECHANICAL PROPERTIES

A new method for preparation of hard TiN films has been developed by using electronbeam evaporation-deposition of Ti and bombardment with 40 keV Xe~+ ion beam ina N_2 gas environment.The synthesized TiN films were superior to PVD and CVDones in respects of improved adhesion to substrate and low preparing temperature.Theyexhibited good wear resistance and high hardness up to 2200 kg/mm~2.Some industrialapplications have been reported.     

离子束辅助沉积TiN膜的摩擦学特性

用ＸＰＳ，ＡＥＳ和ＸＲＤ分析厚约２μｍ离子束辅助沉积ＴｉＮ膜的成分和结构．实验表明：膜的表面成分主要是ＴｉＯ_２，膜内是轻微择优取向晶粒较细的ＴｉＮ．膜与衬底的界面存在混合区，用阶梯加载法测定润滑条件下ＧＣｒ１５钢与ＴｉＮ膜对磨时的临界载荷－速度关系．试验发现ＴｉＮ膜可显著扩大边界润滑区，承受较大载荷而不致发生擦伤．     

氮气辅助氙离子束增强沉积TiN薄膜及其机械性能

本文提出一个合成TiN硬质薄膜的新方法,在氮气氛中,电子束蒸发沉积Ti的同时,用40keV的氙离子束对其进行轰击而合成TiN薄膜,该方法优于PVD和CVD之处在于合成温度低,薄膜与基体结合力强,其临界载荷达4.2kg,Knoop硬度达2200kg/mm~2,具有良好的耐磨损性能,报道了所合成的TiN薄膜在工业上应用的一些结果。     

CH_4离子束增强沉积对TiC薄膜显微硬度的影响机制

研究了双离子束沉积ＴｉＣ薄膜的形成．离子束反应溅射膜的显微硬度比ＣＨ_４高子束增强沉积膜的显微硬度高．ＸＰＳ，ＴＥＭ和ＡＥＳ分析表明后者硬度低的一个重要原因是ＣＨ_４离子束轰击引入过量的自由碳原子．     

离子束增强沉积Si─N膜

用离子束增强沉积方法制备了ＳｉＮ薄膜，其中Ｓｉ由一束Ａｒ离子从Ｓｉ靶上溅射下来，在溅射沉积的同时，以一束Ｎ离子轰击正在沉积的膜层，于是获得了ＳｉＮ膜。采用卢瑟福背散射、红外光谱和透射电镜对膜层的成分和结构进行了分析，结果表明：膜面平整，膜层为非晶或微晶结构，由Ｓｉ和βＳｉ３Ｎ４组成     

离子束辅助沉积合成B—N薄膜的分析

用离子束辅助沉积(IBAD)技术合成氮化硼薄膜,红外吸收谱和透射电镜的观测结果显示,薄膜含有c—BN和h—BN相薄膜Knoop硬度值高达35GPa。逐层剥离的AES谱结果表明,薄膜表面存在氮离子的注入效应,薄膜由注入层、成分均匀层和离子束混合过渡层组成     

PREPARATION OF B-N FILMS BY ION BEAM ASSISTED DEPOSITION

BN films,synthesized by ion beam assisted deposition,were analysed by RBS,AES,IR spectra and TEM.Formatiom of c-BN phase was shown not only by IR spectra atabsorption peak of 1100 cm~(-1),but also by electron diffraction pattern.The results ofAES demonstrate an effect of N~+ implantation near the film surface.The deposited filmsconsist of three layers,i.e.,ion implantation layer,film layer and mixed intermediatelayer,according to the difference of concentration.The micro-Knoop hardness of the film is25—35 GPa.     

单源低能离子束辅助沉积类金刚石薄膜结构及性能研究

用单源低能氩离子束辅助沉积（ＩＢＡＤ）法制备了非晶碳薄膜．氩离子能量为４００－１５００ｅＶ．膜面光滑致密，与衬底的结合力较高。用Ｒａｍａｎ，ＦＴＩＲ，ＨＲＴＥＭ，ＴＥＤ，ＳＥＭ，ＥＲＤ及ＲＢＳ研究了薄膜的形貌、结构和组分，测量了膜的电阻率、显微硬度及摩擦系数．薄膜为无定形的类金刚石（ＤＬＣ）．其中含氢约为２０５ａｔ．－％，碳原子与氢原子几乎没有形成Ｃ－Ｈ键．随着离子束能量及束流的增加，显微硬度、摩擦系数增加，电阻率减小．硬度增加是由于薄膜致密度的增加，而电阻率降低是由于膜中金刚石键（ｓｐ~３键）含量减少的缘故．     

离子束辅助沉积Fe－N薄膜的相形成

用离子束辅助沉积方法合成Ｆｅ－Ｎ薄膜，用离子束背散射和Ｘ射线衍射方法分析薄膜成分和结构．结果表明，薄膜的组分（α－Ｆｅ，ζ－Ｆｅ２Ｎ，ε－Ｆｅ（２－３）Ｎ，γ＇－Ｆｅ４Ｎ相等）取决于沉积参数。给出了沉积温度和Ｎ／Ｆｅ原子到达比组成的相区域图．     

CORROSION BEHAVIOR OF Cu-Nb AND Ni-Nb AMORPHOUS FILMSPREPARED BY ION BEAM ASSISTED DEPOSITION

The Cu25 Nb75 and Ni45Nb55 amorphous films with about 500nm thickness were prepared by ion beam assisted deposition (IBAD). Potentiodynamic polarization measurement was adopted to investigate the corrosion resistance of samples and the tests were carried out respectively in 1mol/L H2SO4 and NaOH aquatic solution. The corrosion performance of the amorphous films was compared with that of multilayered and pure Nb films. Experimental results indicated that the corrosion resistance of amorphous films was better than that of the corresponding multilayers and pure Nb films for both Ni-Nb system with negative heat of formation and Cu-Nb system with positive heat of formation.     

脉冲偏压电弧离子低温沉积TiN硬质薄膜的力学性能

利用直流和脉冲偏压电弧离子镀技术沉积TiN硬质薄膜，研究了不同偏压下基体的沉积温度、薄膜的表面形貌及力学性能．结果表明，与直流偏压相比，脉冲偏压可以明显降低基体的沉积温度，大大减少薄膜表面的大颗粒污染，改善表面形貌，而薄膜的综合力学性能仍保持良好，说明利用脉冲偏压技术是实现电弧离子镀低温沉积的有效途径．     

低能离子束辅照对溅射镀TiN膜生长的影响

用诱导型等离子体辅助磁控溅射装置在Si（100）表面低温沉积TiN膜，研究了高密度低能量（≈20eV）离子束辅照对溅射镀TiN膜生长、结构和性能的影响．结果表明，高密度低能离子束辅照会改变TiN膜的择优生长方向并使薄膜致密化。即使沉积温度低于150℃，当入射基板离子数和Ti原子数的比值Ji／JTi≥4.7时，沉积的TiN膜仍可具有完全的（200）面择优生长，薄膜微观结构致密，硬度达到25GPa，残余压应力小．     

基材温度对离子镀TiN膜性能的影响

利用空心阴极离子镀膜设备制备了不同基材加热温度的ＴｉＮ膜，对其硬度和耐磨性的检测结果表明，随着基材温度的升高，ＨＶ呈缓慢上升趋势，耐磨性基本一致。同时，通过Ｘ射线衍射及扫描电子显微镜的观察，探讨了基材温度对其性能及组织形貌的影响。     

离子束增强沉积TiN的电子衍射强度和键强度

离子束增强沉积得到的TiN表面改性薄层的电子衍射强度与氮离子的注入能量有关,利用自编程序对其电子衍射强度和键强度作了计算,结果表明注入能量较高时出现的电子衍射强度异常现象是由于晶格中部分N原子的间隙位置发生了变化,这导致键强度也产生相应的变化.     

等离子体浸没离子注入与沉积合成TiN薄膜的滚动接触疲劳寿命和机械性能

采用等离子体浸没离子注入与沉积（PIII＆D）技术在AISI 52100轴承钢表面合成了高硬耐磨的TiN薄膜.膜层元素分布、化学组成和表面形貌分别用XRD,XPS表征.合成薄膜前后试样的滚动接触疲劳寿命和摩擦磨损性能分别由球棒疲劳磨损试验机和球-盘磨损试验机测定;疲劳破坏后的微观形貌通过SEM观察;薄膜力学性能经纳米压痕和纳米划痕实验评价.结果表明,TiN膜中还含有少量的TiO2和Ti,N,O的化合物.在优化条件下,TiN膜层致密均匀,与基体结合良好,纳米硬度和弹性模量分别达到25和350 GPa;最低摩擦系数由基体的0.92下降到0.2.被处理薄膜试件在90%置信区间下的最大L10,L50,La和-↑L寿命较基体分别提高了约4.5,1.8,1.3和1.2倍,疲劳寿命的分散性得到了显著改善.     

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

采用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０～４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３～４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。     

Mo SILICIDE SYNTHISIS BY DUAL ION BEAM DEPOSITION

Mo silicides MosSi3 with high quality were prepared using ion beam deposition equip-ment with two Filter Metal Vacuum Arc Deposition (FMEVAD). When the numberof alternant deposition times was 198, total thickness of the coating is 40nm. Thecoatings with droplet free can be readily obtained, so the surface is smooth. TEMobservation shows that Mo and Si alternant deposition coating is conpact structure.The fine Mo silicide grains densely distributed in the coating. The coating adherenceon silicon is excellent.