TiN薄膜沉积条件对组织结构和结合力的影响

在不同沉积时间和基板温度下,采用反应磁控溅射的方法在Ti6Al4V基板上沉积Ti N薄膜,溅射过程中固定溅射总压、溅射功率、氮氩流量比等沉积条件.利用XRD、SEM分别研究了薄膜的微观结构和表面、截面形貌,利用显微硬度仪和划痕仪分别测量了薄膜的硬度和膜基结合力.研究结果表明:随着沉积时间的增加,薄膜硬度和膜基结合力均有增大趋势;随着基板温度的升高,Ti N薄膜择优取向由(111)转向(200)晶面,表面形貌由三角锥转变为片层状,硬度和膜基结合力均呈现升高趋势.     

非平衡磁控溅射 TiAlN 薄膜的抗高温氧化行为研究

采用非平衡磁控溅射技术在Q235钢基体上制备了TiAlN薄膜,通过精密电子天平、纳米力学探针、划痕测试仪及扫描电镜等测试分析,研究了薄膜氧化动力学行为、薄膜显微硬度和结合力的变化规律及不同温度下氧化后薄膜表面形貌演变规律,探讨了Ti AlN薄膜的抗高温氧化机制。结果表明,在700℃以上TiAlN薄膜的氧化动力学行为服从抛物线规律。随着氧化温度的升高,薄膜的显微硬度和结合力逐渐下降,当氧化温度升高到800℃时,薄膜具有较高的显微硬度和结合力,分别为19.3 GPa和32.1 N,表现出良好的抗高温氧化性能。当氧化温度升高到900℃时,薄膜表面出现了明显的鼓包和裂纹,此时薄膜发生了严重氧化,薄膜已失去对基体的保护作用。     

溅射氮分压对Zr-Nb-N薄膜结构与特性的影响

在不同溅射氮分压条件下,采用射频反应磁控溅射技术于单晶硅片表面制备了Zr-Nb-N薄膜。EDS、TEM和XRD分析表明,随着氮分压的升高,薄膜中N含量上升,Nb含量下降,细晶组织粗化,同时单一相Zr-Nb-N固溶体出现NbN与ZrN两相分离。采用四探针电阻测试仪和显微硬度计分别测量了薄膜的方阻和显微硬度,结果表明随着氮分压的升高,薄膜的方阻降低,显微硬度先升高后降低。     

N2 流量对磁控溅射 TiAlN 薄膜耐腐蚀性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术在Q235钢和单晶硅基片上制备了TiAlN薄膜,并利用场发射扫描电镜(FESEM)、纳米力学探针、划痕测试仪对薄膜的微观组织结构和力学性性能进行研究;采用盐雾试验和电化学极化测试技术研究了薄膜在含Cl-环境中的腐蚀行为与电化学特性。结果表明,随着N_2流量的升高,TiAlN薄膜的硬度和弹性模量先升高后迅速降低,当N2流量为10sccm时,薄膜具有最高的硬度和结合力,分别为30.7GPa和44.2N。盐雾试验240h后,N_2流量为10sccm时的TiAlN薄膜表面腐蚀最轻微,表现出了良好的抗盐雾腐蚀性能;电化学测试结果表明,在3.5%NaCl溶液中,N2流量为10sccm时Ti Al N薄膜腐蚀电流密度最小,仅为1.38×10~(-4)m Acm·~(-2),,约为N2流量为16sccm时薄膜的1/4,表现出优异的耐腐蚀性能。     

微观缺陷对等离子喷涂TiN涂层力学性能的影响

涂层内氧化物和孔隙等微观缺陷是影响涂层力学性能的关键因素,采用等离子喷涂技术制备Ti N涂层,利用SEM、XRD、EDS分析喷涂参数对涂层内氧化物和孔隙率的影响,并研究氧化物和孔隙率对涂层硬度和断裂韧性的影响规律,优化等离子喷涂参数。结果表明:在较远喷涂距离和较大喷涂功率下,涂层内具有较少的氧化物和孔隙;随涂层内氧化物和孔隙增多,涂层硬度呈降低趋势;涂层内氧化物的存在可提高涂层的断裂韧性,但氧化物较多时会降低涂层层状结构内聚强度,涂层断裂韧性随氧化物增多呈现先增加后降低的变化趋势。     

Ti-B-N纳米复合薄膜的制备及结构和力学性能

利用反应磁控溅射方法在(100)单晶硅和高速钢(W18Cr4V)基片上制备出不同B含量的Ti-B-N纳米复合薄膜.使用X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)研究了Ti-B-N纳米复合薄膜的组织结构,并用纳米压痕仪测试了它们的纳米硬度和弹性模量.结果表明:通过改变TiB₂靶功率和Ti靶功率的方法可制备出非晶-纳米晶复合结构的Ti-B-N薄膜;Ti-B-N薄膜中主要含有TiN纳米晶,随着B含量的增加,形成的TiN纳米晶尺寸变小,非晶成分增加;当B含量很高时会出现很小的TiB₂纳米晶,此时薄膜性能不好;当TiN晶粒尺寸为5 nm左右时,Ti-B-N薄膜力学性能最优,纳米硬度和弹性模量分别达到32.7 GPa和350.3 GPa.     

氮气含量对射频磁控溅射法制备的AlN薄膜微观结构与力学性能的影响

用Ar气和N2气分别作为溅射气体和反应气体,采用射频反应磁控溅射法,通过调节工作气体(Ar气与N2气的混合气体)中N2的含量(体积分数)φ(N2),在硅(100)衬底上制备一系列六方结构AlN多晶薄膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪等对薄膜特性进行测试与分析。结果表明,φ(N2)对AlN薄膜的择优取向、结晶性、沉积速率与力学性能的影响都十分显著,对薄膜的微观结构和表面粗糙度也有一定影响:随φ(N2)增大,薄膜的厚度和沉积速率逐渐减小,结晶性也发生显著变化;较高的φ(N2)有利于AlN薄膜沿(002)晶面择优生长;φ(N2)对AlN薄膜的硬度影响较大,而对弹性模量影响较小。实验制备的AlN薄膜具有良好的纳米力学性能,硬度平均值在12.0~29.3 GPa之间,弹性模量平均值在184.0~209.8 GPa之间。     

TiN添加量对WC-TiC-TaNbC-10Co硬质合金组织结构及性能的影响

采用一步烧结法, 通过改变原材料中TiN的添加量研究其对硬质合金组织结构及性能的影响。采用扫描电子显微镜、X射线能谱分析仪、X射线衍射分析仪、粗糙度测量仪、划痕测试仪等, 探究TiN添加量对WC-TiC-TaNbC-10Co硬质合金物理力学性能、微观组织结构、物相组成、表面形貌以及与涂层的结合力等性能的影响。结果表明: TiN添加量在0~1.6%范围内, 随着TiN添加量的增加, 合金的相对磁饱和强度和密度减小, 矫顽磁力增大、硬度和抗弯强度增大, 合金的脱β层厚度增加, 表面粗糙度先减小后增加, 与CVD涂层的结合力先增加后减小; 当TiN添加量为0.8%时, 合金与CVD涂层的结合力最好。      

TiN硬质薄膜制备技术的研究进展

TiN硬质薄膜因其优良性能而得到广泛应用。介绍了几种制备TiN硬质薄膜的新方法,分析了制备机理及其工艺特点,并展望了硬质薄膜制备技术的发展方向。     

沉积工艺对磁控溅射 TiAlN 薄膜微观形貌及性能的影响

采用非平衡磁控溅射技术在Q235钢基体上制备了TiAlN薄膜,研究了沉积工艺参数对薄膜微观形貌、力学性能及耐腐蚀性能的影响规律,通过扫描电镜、纳米力学探针、划痕测试仪对薄膜的微观形貌和力学性能进行表征,并利用盐雾试验和电化学极化测试研究了薄膜在含Cl-环境中的腐蚀行为。结果表明,随着N_2流量的升高,TiAlN薄膜的硬度和结合力先升高后降低,当N_2流量为10sccm时,薄膜具有最高的硬度和结合力,分别为30.7GPa和44.2N,其耐腐蚀性能最优。随着Al靶功率的增加,薄膜的硬度和结合力先增大后减小,当Al靶功率为90W时,薄膜的硬度和结合力达到了最大值,分别为28.6GPa和38.4N,具有最佳的抗腐蚀性能。随着基体温度的升高,薄膜的硬度和结合力逐渐增大,基体温度低于300℃时,增大幅度较明显,基体温度高于300℃时,二者增加幅度趋于平缓,薄膜表现出优异的耐腐蚀性能。     

直流反应磁控溅射沉积a-C∶H薄膜的微结构和摩擦磨损行为

采用直流的反应磁控溅射技术,以高纯石墨为溅射靶材和CH4为反应气体,调节CH4流量,在p(100)单晶硅和不锈钢基底上成功制备出系列的含氢a-C∶H薄膜.利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、Raman光谱、纳米压痕仪、CSM划痕测试仪、摩擦磨损试验机等测试手段对所制备含氢a-C∶H薄膜的微结构、力学性能和摩擦磨损行为进行系统表征.结果表明:随着CH4流量的增加,含氢a-C∶H薄膜的致密度呈现出微弱的先增加后减小的趋势;薄膜的沉积速率随着CH4流量的增加逐渐增加,但增幅呈现出逐渐减小趋势;随着CH4流量的增加,薄膜中sp3杂化键含量及其纳米硬度和杨氏模量也呈现出先增加后减小的规律;摩擦实验结果表明当CH4流量为8 sccm,所制备的含氢a-C∶H薄膜的摩擦学性能最佳,摩擦系数为0.20,磨损率为6.48×10-mm3/(N·m).     

淀积温度和氧含量对ITO膜结构及性能的影响

在玻璃衬底上用直流磁控溅射的方法镀制ITO透明半导体膜 ,采用X射线衍射技术分析了膜层晶体结构与温度和氧含量的关系 ,并测量分析了薄膜电阻率及透光率分别随温度和氧含量的变化情况。所镀制的ITO膜电阻率已降到 <2× 10 - 4Ω·cm ,可见光透过率达 80 %以上。     

CNx薄膜的制备和表征

采用在纯氮气氛中磁控溅射高纯石墨靶的方法成功地制备了碳氮薄膜.研究表明,碳氮膜的硬度不仅与薄膜中的氮含量有关,更重要的是与碳氮原子之间的结合状态有关.C≡N键有利于薄膜硬度的提高.高溅射功率和高偏压能促进碳氮叁键的形成,从而提高薄膜硬度.     

Mo缓冲层在溅射ZnO薄膜中的应用

ZnO薄膜材料作为一种新兴的材料,在半导体光电子领域有着广泛的应用前景。本文利用磁控溅射法在Si衬底上先生长一层Mo缓冲层,然后在Mo缓冲层上制备ZnO薄膜。通过性能对比发现,Mo缓冲层对于ZnO的结晶性能和发光性能的提高具有明显的改善作用。     

工艺条件对直流磁控溅射沉积ITO薄膜光电特性的影响

研究了采用直流磁控溅射法制备ITO透明导电膜时温度、靶材、氧压比、溅射气压、溅射速率等工艺条件对ITO膜电阻率和可见光透过率等光电特性的影响。实验结果表明,用ITO陶瓷靶溅射镀膜要比In-Sn合金靶好,特别是在电阻率上,前者要低一个数量级左右;并由实验结果得到,当温度330℃,氧氩比1/40,溅射气压0.45 Pa和溅射速率23 nm.min-1左右时,可获得薄膜电阻率1.8×10-4Ω.cm,可见光透过率80%以上的最佳光电特性参数。     

SiGe薄膜太阳能电池的发展和挑战

介绍了SiGe薄膜太阳能电池的制备方法,分析了各种制备方法的优缺点,对磁控溅射制备SiGe薄膜太阳能电池的研究作了评述。     

沉积压力对磁控溅射Mg薄膜结构的影响

采用直流磁控溅射方法在氧化锆固体电解质表面制备了Mg金属薄膜,利用XRD和SEM研究了沉积压力(0.9～2.1Pa)对薄膜形貌和结构的影响.结果表明:随着沉积压力的提高,薄膜结晶程度逐渐变差,晶粒尺寸减小,表面粗糙度增大;薄膜呈(002)择优生长的柱状晶结构,且随着沉积压力的提高薄膜厚度先增加后减小.     

基底温度对反应磁控溅射氮化铝薄膜的影响

采用反应磁控溅射法结合加热控温电源,在光学玻璃基底上制备氮化铝(AlN)薄膜,通过X射线衍射(XRD)技术对薄膜样品物相结构进行分析,利用纳米压痕仪测试薄膜样品的硬度及弹性模量,用椭圆偏振仪及光栅光谱仪测试了薄膜样品的光学性能,分析和研究了基底温度对AlN薄膜的结构及性能的影响.结果表明,用此方法获得的AlN薄膜呈晶态,属于六方晶系,温度对AlN(100)面衍射峰强度影响不大,但对(110)面衍射峰的影响较大,因而温度对AlN的择优取向有一定影响.AlN(100)峰半高宽随温度升高而减小,表明晶粒尺寸随温度升高有变大趋势.随沉积温度升高,薄膜硬度从150℃的8 GPa增加到350℃的10 GPa左右,随基底温度升高,薄膜的硬度增加.弹性模量随温度的变化趋势与硬度的基本一致.在可见光区域AlN薄膜透过率超过90％,基本属于透明膜.基底温度对薄膜折射率也有较明显影响,折射率大致随温度升高而增大,但由椭偏测试及透射谱线分析得到的厚度结果表明,随温度升高,AlN薄膜的沉积速率下降.