超硬薄膜研究的新进展

本文介绍了碳系列薄膜、纳米多层及纳米复合超硬薄膜近年来所取得的研究成果，重点是氮化物纳米多层与复合超硬薄膜的研究状况，并对纳米多层膜在应用中存在的问题提出了解决的思路，指出了超硬薄膜的发展趋势。     

超硬薄膜制备技术与性能表征方法的研究进展

超硬薄膜能够显著提高材料的关键服役性能。系统总结了超硬薄膜的硬化机制、制备技术以及性能表征方法,分析了制备技术和性能表征方法的优缺点,指出了超硬薄膜研究发展的方向。     

钛工业的研究开发现状——2002国际钛协会年会暨展览会见闻

研究了W/Mo纳米多层膜的微结构及超硬效应，W/Mo纳米多层膜采用磁控溅射技术制备，并采用XRD、TEM和显微硬度计研究了薄膜的微结构和硬度。结果表明，W/Mo纳米多层膜形成多晶外延生长的超晶格结构，界面共格畸变使W/Mo两调制层的晶面间距随调制周期的减小而相互接近，在多层膜中形成交变应力场，从而使薄膜得到强化。     

真空阴极多弧离子镀沉积纳米超硬氮化钛薄膜

利用真空阴极多弧离子镀系统在Cr12Mo4V钢基材上制备出膜基间结合很好的纳米超硬氮化钛(TiN)薄膜.利用纳米硬度计、划痕仪、球一盘试验机、X射线衍射仪、透射电子显微镜和扫描电子显微镜分别考察了薄膜的纳米硬度、膜基间结合力、摩擦磨损性能和显微结构.结果表明,气体压力和脉冲基体负偏压对薄膜性能有重要影响;超硬TiN薄膜的纳米硬度为47.6 GPa、临界载荷为63 N、摩擦因数在0.5至0.8之间;结构细密的超硬薄膜在(111)晶面有强烈的择优取向.     

刀具表面超晶格TiN/AlN纳米多层膜的制备及性能的研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN／AlN纳米多层膜，对该薄膜的结构研究表明，随着调制周期的减小，稳定态六方AlN相逐渐转变成亚稳态立方AlN相，形成以TiN／AlN超晶格结构为主的薄膜。并从与标准图谱的对比中可知．TiN／AlN超晶格是AlN在立方TiN簿膜的影响下，在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。另研究显示，TiN／AlN薄膜具有一定的超硬效应以及在硬质合金刀具上优良的使用性能。     

VC/TiC超晶格薄膜的微结构及超硬效应

采用磁控溅射工艺制备VC/TiC超晶格薄膜,并采用EDXA、XRD、HRTEM和纳米力学探针研究调制周期对超晶格薄膜的微结构和力学性能的影响。研究结果表明,当超晶格薄膜的调制周期低于临界厚度时,制备的VC/TiC超晶格薄膜能够形成共格生长结构,并获得硬度显著提高的超硬效应。然而,随着调制周期的进一步增大,超晶格薄膜的共格结构遭到破坏,导致薄膜的硬度逐渐降低,并最终趋于其组元的混合平均值。XRD结果表明,当形成共格生长结构时,超晶格薄膜内部将产生共格协调应变,从而改变不同调制层的弹性模量,这也是VC/TiC超晶格薄膜能够获得超硬效应的重要原因。     

CVD技术在超硬涂层制备中的应用

类金刚石薄膜、金刚石薄膜、立方氮化硼薄膜等是近年来超硬涂层材料研究中引人注目的三种功能型薄膜材料，它们在机械、电子、光学等领域有着可观的应用前景，而这三种超硬薄膜的制备，ＣＶＤ技术起着至关重要的作用。本文简要评述了ＣＶＤ技术在近年超硬涂层发展中的应用。     

CrN基复合薄膜研究进展

主要综述了CrN基多元复合薄膜、多层薄膜及多元多层复合薄膜的研究进展,详细叙述了多元复合、多层结构设计及多元多层复合设计对薄膜力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性能的影响,并重点阐述了薄膜的腐蚀机理及其耐磨损机制.指出了多元复合、多层结构设计和多元多层复合设计,均可一定程度上提高CrN薄膜的力学性能、耐磨损性能和耐腐蚀性能.一般而言,多元多层设计可通过非晶/纳米晶微观结构调控、晶粒细化、界面强化、提高致密度、降低内应力等,使复合薄膜呈现出优异的耐腐蚀和耐磨损性能.最后对CrN基复合薄膜的发展及应用前景进行了展望,表明CrN基复合薄膜将继续朝着多元多层复合化、纳米多层化及超晶格等方向发展,其制备技术也更加多元复合化.随着CrN基复合薄膜综合性能的不断提高,其应用领域也将更加广泛.     

超硬磨料砂轮的演变与发展──介绍国外新型的单层高温钎焊超硬磨料砂轮

介绍了国外八十年代中后期开始在传统单层电镀超硬磨料砂轮基础上演变发展起来的新一代单层高温钎焊超硬磨料砂轮,包括它的制造技、工艺优势以及可以预期的极其广泛的应用前景。鉴于它所具有的为传统电镀砂轮无法比拟的性能优势,文章强调,国内应大力引进开发此种单层钎焊超硬磨料砂轮,并在文末提出了作者的一些研究构想和建议。     

超硬磨料砂轮的演变与发展：介绍国外新型的单层高温钎焊超硬 …

介绍了国外八十年代中后期开始在传统单层电镀超硬磨料轮基础演变发展起来的新一代单层高温钎焊超硬磨料砂轮,包括它的制造技术,工艺优势以及可以预期的极其广泛的应用前景,鉴于它所具有的为传统电镀轮无法比拟的性能优势,文章强调,国内应大力引进开发此种单层钎焊超磨料砂轮,并在文末提出了作者的一些研究构想和建议。     

Influence of substrate surface topography in the deposition of nanostructured diamond-like carbon films by high density plasma chemical vapor deposition

In this work, we have studied the influence of the substrate surface condition on the roughness and the structure of the nanostructured DLC films deposited by High Density Plasma Chemical Vapor Deposition. Four methods were used to modify the silicon wafers surface before starting the deposition processes of the nanostructured DLC films: micro-diamond powder dispersion, micro-graphite powder dispersion, and roughness generation by wet chemical etching and roughness generation by plasma etching. The reference wafer was only submitted to a chemical cleaning. It was possible to see that the final roughness and the sp³ hybridization degree strongly depend on the substrate surface conditions. The surface roughness was observed by AFM and SEM and the hybridization degree of the DLC films was analyzed by Raman Spectroscopy. In these samples, the final roughness and the sp³ hybridization quantity depend strongly on the substrate surface condition. Thus, the effects of the substrate surface on the DLC film structure were confirmed. These phenomena can be explained by the fact that the locally higher surface energy and the sharp edges may induce local defects promoting the nanostructured characteristics in the DLC films.     

常用碳基固体润滑薄膜的研究现状与展望

首先从碳基固体润滑薄膜的应用需求与成本效益出发,探讨了研究碳基固体润滑薄膜的迫切要求和重要意义,然后对类金刚石(DLC)薄膜、类富勒烯(FLC)薄膜及石墨烯薄膜三类最常用的碳基固体润滑薄膜的研究现状进行了较详细的介绍。其中,重点介绍了DLC薄膜的三种减摩抗磨机理,探讨了掺杂元素改性对DLC薄膜硬度、摩擦系数和磨损率等多个方面的影响,并指出外部因素(基体材料、过渡层和应用环境等)对DLC薄膜性能的重要作用。探讨了掺氢、掺氟和掺氮对FLC薄膜构性转变和摩擦学性能的影响。总体来说,氟掺杂导致FLC结构变化,并显著改变薄膜硬度;掺氮会诱导类富勒烯微结构的增加;掺氢FLC薄膜热处理后可达到超润滑状态。总结了石墨烯薄膜制备工艺的发展、石墨烯基复合薄膜的摩擦学性能和石墨烯薄膜在不同基体材料的应用。最后,指出了碳基润滑薄膜领域亟待解决的关键难题,并对未来的研究方向做出了预测。     

硅表面金刚石膜红外增透性能研究

通过在大面积区熔硅表面沉积金刚石膜,制作硅的红外增透膜.经扫描电镜观察,金刚石膜的颗粒尺寸平均约2μm,晶体颗粒形状规则;测试单面镀膜的红外透过率最高达65％,双面镀膜红外透过率最高达84％;实验证明硅表面金刚石具有一定的抗热冲击性能;分析了硅表面金刚石薄膜的红外增透特性,提出了进一步提高金刚石膜红外增透性能的方法.     

偏压对GLC镀层的结构及应力的影响研究

采用磁控溅射离子镀技术制备了类石墨镀层（GLC）,利用扫描电子显微镜（SEM）测量了镀层的厚度、X射线衍射仪（XRD）研究了材料的物相和应力,并结合透射电子显微镜（TEM）观察和分析了材料的组织结构。研究结果表明：不同偏压下得到的镀层结构相同,均为非晶为主的类石墨镀层,并且随着偏压增大,膜厚逐渐减小;在所研究的偏压下,应力变化规律是随着偏压的增加,样品与基体的复合应力先增大,后减小,其中～65V时达到最大值。     

GNiCr40Al3Ti合金表面Cr-DLC、CrAlN和CrN薄膜在去离子水环境中的摩擦磨损性能

目的 在去离子水环境中,研究GNiCr40Al3Ti合金表面制备的铬掺杂类金刚石(Cr-DLC)、氮化铬铝(CrAlN)和氮化铬(CrN)等薄膜的摩擦磨损性能。方法 在GNiCr40Al3Ti合金表面采用离子源辅助非平衡磁控溅射制备Cr-DLC薄膜,采用多弧离子镀技术制备CrAlN薄膜和CrN薄膜。利用冷场发射扫描电镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪,对薄膜的微观结构和形貌进行分析。利用显微硬度计、摩擦磨损试验机、白光干涉扫描轮廓仪等,对薄膜的硬度、摩擦磨损性能、磨痕二维轮廓等进行研究。结果 在10 h连续的去离子水环境摩擦过程中,CrN薄膜的平均摩擦系数最低,仅为0.17,比GNiCr40Al3Ti合金的摩擦系数降低了54%。与GNiCr40Al3Ti合金相比,其表面制备的Cr-DLC、CrAlN和CrN薄膜在去离子水环境摩擦条件下都减小了磨损体积,其中,CrN薄膜表现出最好的耐磨性,磨损体积为0.017 mm³,仅为GNiCr40Al3Ti合金磨损体积的0.18%。Cr-DLC薄膜与CrAlN薄膜的耐磨性不及CrN薄膜,主要是由薄膜的微观结构造成的,Cr-DLC薄膜的柱状疏松结构造成薄膜过早的被磨穿,CrAlN薄膜中存在的Cr相引起薄膜硬度降低,从而降低了抗剪切的能力。结论 在去离子水环境中,CrN薄膜具有最低的摩擦系数和最佳的耐磨性。     

Composition and structure of Ti-C/DLC graded composite films

The Ti-C→DLC gradient composite films were characterized systematically.The elemental depth profile and elemental chemical state evolution were determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).The transmission electron microscope (TEM) and high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) were used to study the structure of interfacial zone between DLC film and Ti-C layers.Results show that there are composition transition zone between DLC film and either Ti-C layer or steel substrate on condition that pre-deposited Ti layers on the steel substrate then plasma based bias deposited DLC films.In Ti-C graded layer,the chemical state of titanium and carbon are changed gradually.The structures of zone in Ti-C layer near the DLC film is consisted of random oriented nanocrystallines TiC dispersed in amorphous DLC matrix.The structure of the zone between DLC film and Ti-C graded layer is gradually changed too.     

PZT超细陶瓷微粒／硬脂酸复合LB膜及超薄膜的制备和性能研究

用胶体化学的方法获得PZT溶胶，利用LB技术制备PZT超细陶瓷微粒／硬脂酸复合LB膜，热处理后得到PZT超薄膜。由π-A曲线确定了具体的拉膜工艺参数和条件，由紫外．可见吸收光谱和AFM照片对复合LB膜和超薄膜进行表征和性能检测。结果表明：超薄膜中PZT超微粒排布较均匀，覆盖度较高；复合膜层均匀，在194nm和256nm处均有较强的吸收峰。     

具有憎水性的无机/有机膜层的制备方法与研究进展

综述了近年来国内外关于材料表面憎水膜层的研究进展.介绍了具有憎水性能的有机膜层、无机膜层及有机-无机复合膜层的制备方法,包括溶胶-凝胶法、化学气相沉积法、电化学沉积法、化学镀膜法、化学吸附法、乳液聚合、悬浮聚合等,并总结归纳了这些方法的特点及其对表面膜层憎水性能的影响.展望了在材料表面憎水膜层向耐腐蚀、耐磨、高透光等功能膜层发展的趋势,同时对自洁、憎水憎油等方向发展的膜层进行了介绍.     

Texture in films: Selected examples

The paper contains a brief discussion of research on texture and properties of films. Three examples are selected to illustrate problems of understanding of texture development and correlation between texture and properties of films. Various correlations between texture related structural characteristics of film and probability of failure of Al-Cu interconnects line are presented to illustrate the need for a better understanding of the correlation between texture and failure mechanism. Another example on development of texture in nickel films illustrates processes that influence texture development and type of interfaces between oxide grains. It is demonstrated that texture and grain boundary character distribution decides the rate of oxidation of Nickel. An example of Co-Cr films for magnetic recording media illustrates an important role of texture in controlling the magnetic properties of films for application in perpendicular magnetic recording. Principles of methods that are used to calculate texture influence on magnetic properties are discussed.