高熵合金薄膜制备、微观结构与性能的研究进展

相较于传统的薄膜,高熵合金薄膜具有更加优异的力学性能和独特的物理化学性能,在近14年获得了长足发展.概述了近年来有关高熵合金薄膜的研究进展,首先介绍了高熵合金薄膜的制备工艺方法(溅射沉积、等离子喷涂、激光熔覆、等离子转移电弧熔覆、电化学沉积以及阴极电弧沉积等),详细说明了应用范围最广的溅射沉积技术的分类和特点,并且阐述...     

立方氮化硼薄膜及溅射沉积的研究进展

溅射沉积由于获得的cBN薄膜颗粒尺寸小、立方相含量高,是cBN薄膜制备技术发展的一个重要方向。本文介绍了溅射沉积过程中的基体负偏压、沉积气氛、沉积温度、靶材功率等工艺参数对cBN薄膜中立方相的含量和薄膜性能的影响规律。并从优化沉积工艺参数、采用过渡层及在膜层中引入其它元素方面介绍了在降低膜层应力方面取得的研究进展。分析归纳出溅射沉积cBN薄膜目前存在的主要问题是薄膜应力过大、存在非立方相氮化硼及B、N原子的比例失配。提出了下一步研究工作的重点是通过深入认识溅射沉积cBN薄膜的的形成机理,优化沉积工艺参数及设计合理的过渡层和新型梯度涂层,以提高立方相的含量、保证B、N原子的比例、降低膜层应力。     

SiC膜对ZGO膜耐腐蚀性能的研究

利用中频磁控溅射方法,采用氧化锌镓ZGO（97.5%ZnO＋2.5%Ga2O3）陶瓷靶材和SiC陶瓷靶材,制备了ZGO和SiC/ZGO复合薄膜.考察了制备SiC膜时的沉积时间、氩气压强、基底温度对其耐腐蚀保护性能的影响,同时考察了SiC薄膜对ZGO薄膜功能特性的影响.试验结果表明,提高溅射气体的压力可以增强SiC膜对ZGO薄膜的耐腐蚀保护作用,提高基底温度对提高SiC/ZGO的耐腐蚀性能的效果显著,SiC薄膜的存在对ZGO的红外反射性能有增强作用.基底温度260℃,沉积SiC膜160 s能对ZGO膜起到防腐保护作用.     

TiSiO非晶结构光学薄膜的性能调控机理研究进展

TiSiO复合薄膜的制备方法主要包括溶胶-凝胶、物理气相沉积和化学气相沉积等,针对不同制备工艺条件下SiO2改性TiO2的微观结构与光学参量的调控机理的研究,仍处于探索阶段。综述了近年来国内外在不同工艺条件下沉积的TiSiO薄膜的结构和光学性质,从溶胶体系和热处理工艺两方面,对溶胶-凝胶工艺制备的TiSiO薄膜展开论述,分别归纳了溶胶体系和热处理工艺调控TiSiO薄膜的结构和光学性质的一般规律;从溅射工艺和蒸发工艺两方面对物理气相沉积工艺制备的TiSiO薄膜展开论述,分别阐述了在溅射工艺和蒸发工艺过程中,调控TiSiO薄膜的结构和光学性质的一般规律;从低（常）压化学气相沉积和等离子增强化学气相沉积等方面,对化学气相沉积工艺制备的TiSiO薄膜展开论述,分别阐述了在不同化学气相沉积技术中,通过调节一些重要参数调控薄膜结构和性能的一般规律。总结了不同工艺制备并调控TiSiO薄膜的一般规律的内在联系,并指出了这类薄膜制备工艺存在的问题和后续的研究方向。     

磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜研究进展

磁控溅射技术具有溅射速率高、膜基结合力好、易实现工业化生产等技术优势,在二氧化钛薄膜制备方面具有显著优势,但磁控溅射参数对二氧化钛薄膜结构和性能的影响显著,如何通过控制和优化磁控溅射参数,获得高性能二氧化钛薄膜已成为目前的研究热点。概述了不同晶型二氧化钛的结构特点、物理性质和磁控溅射制备二氧化钛薄膜的工作原理,指出成膜过程中的溅射功率、溅射气压、溅射时间、沉积温度和氧分压等是影响薄膜结构和性能的主要因素,并详细阐述了上述五种工艺参数对二氧化钛薄膜沉积速率、膜层厚度、表面粗糙度、相组成和光催化性能等的影响规律和作用机制。此外,还对其他影响薄膜结构和性能的关键因素及影响规律进行了介绍,包括退火温度对膜层组织转变影响的规律,金属元素掺杂和非金属元素掺杂对膜层形貌和性能的影响,以及不同溅射靶材特点及其对成膜过程的影响。最后提出未来磁控溅射技术制备二氧化钛薄膜的研究难点,并对二氧化钛薄膜的下一步研究方向进行了展望。     

Nd-Fe-B薄膜的磁控溅射法制备与组织结构

对直流磁控溅射法制备Nd-Fe-B薄膜工艺进行了研究.在不同的溅射功率、溅射气压、溅射时间等条件下制备薄膜,并对薄膜进行了AFM、XRD分析.结果表明,Nd-Fe-B薄膜的沉积速率、表面形貌及相结构与溅射功率、溅射气压、溅射时间密切相关.薄膜的沉积速率随磁控溅射功率的增加而增加,薄膜表面晶粒尺寸和表面粗糙度随溅射功率增加而增大.沉积速率随溅射气压的升高先增大后减小.低功率溅射时,薄膜中出现α-Fe、Nd2Fe14B相相对较少,随溅射功率增加,α-Fe相消失,Nd2Fe14B相增多.综合考虑各种因素,最佳溅射功率为100～130 W.     

高功率脉冲磁控溅射沉积原理与工艺研究进展*

高功率脉冲磁控溅射技术是一种峰值功率超过平均功率2个量级、溅射靶材原子高度离化的脉冲溅射技术,作为一种新的离子化物理气相沉积技术,已成为国际研究的热点,有关高功率脉冲放电、等离子体特性、薄膜及其工艺等方面的研究进展十分迅速。文中从高功率脉冲磁控溅射的原理出发,介绍10多年来高功率脉冲电源的发展,从高功率脉冲放电等离子体特性与放电物理、等离子体模型,以及沉积速率和薄膜特性等方面综述技术的研究进展。     

制备工艺对超磁致伸缩Fe-Ga合金薄膜表面形貌的影响

采用JZCK-600F型多功能镀膜设备制备了Fe-Ga合金薄膜,研究了溅射工艺对Fe-Ga合金薄膜沉积速率及表面形貌的影响。用SEM、EDS研究了Fe-Ga合金薄膜的表面形貌和薄膜成分。当其他工艺参数不变时,溅射时间、溅射功率是影响Fe-Ga合金薄膜的厚度和生长速率的主要因素。随溅射时间和功率的增加,薄膜厚度和沉积速率也随之增加,并且薄膜厚度与溅射时间和功率呈现出正比例关系;但是薄膜厚度过大,加大的内应力会使薄膜剥离。溅射功率过大时,内应力同样会使薄膜内部出现裂纹。所制备Fe-Ga合金薄膜的磁畴图像明暗对比明显。磁畴形状呈现不太规则的团圈状,类似珊瑚结构。薄膜的结晶化生长良好,薄膜形貌为较均匀致密的颗粒状结构。优化的薄膜溅射工艺参数为溅射功率80 W、溅射工作气压0.6 Pa、溅射时间60 min、Ar气工作流量25 mL/min。采用此优化工艺制备的Fe-Ga合金磁致伸缩薄膜悬臂梁偏移量为69.048 μm,可满足制备微器件所需性能。     

碳钢基体磁控溅射SiC薄膜结合力研究

采用磁控溅射法在T10钢表面获得了SiC薄膜,并研究了溅射方式、工艺参数以及中间层对薄膜结合性能的影响.试验结果表明,采用功率为200 W射频法和时间为2 h的SiC/Ni-P双层薄膜结合力最好.     

溅射功率和气压对直流磁控溅射制备钨薄膜的影响

钨薄膜具有高熔点、高导电性、优异的耐化学腐蚀性和强抗辐照性等特性,广泛的应用于微电子、核能工程等领域。由于薄膜的结构和性能对沉积参数具有很强的依赖性,因此控制沉积过程的工艺参数对获得优异性能的钨薄膜至关重要。采用DC磁控溅射技术在硅衬底上制备钨薄膜,探究了溅射功率和气压对钨薄膜沉积速率、电阻率和相结构的影响。采用原子力显微镜、XRD、轮廓仪、四探针电阻测量表征了薄膜的微观结构和电学性能。结果表明,薄膜的沉积速率受溅射功率和气压共同影响,随功率的增加呈线性增加,随溅射气压的增加先达到峰值,然后下降。薄膜的电阻率和表面粗糙度的大小依赖于溅射气压,且随溅射气压的增加而增加,薄膜电阻率的增加可能是由于表面粗糙度的增加导致的。在恒定的溅射功率下,β-W的形成主要取决于溅射气压,几乎所有β-W相都在高溅射气压下形成,然而,当溅射功率足够大,在较高的气压下也会观察到部分α-W相的形成。钨薄膜中特定相结构(α-W/β-W)的形成,不仅取决于沉积气压,还与溅射功率相关,归根可能与入射到基片的原子能量相关。     

SiC Coatings for Carbon/Carbon Composites Fabricated by Vacuum Plasma Spraying Technology

SiC coatings for carbon/carbon (C/C) composites have been prepared by the combination process of vacuum plasma spraying technology and heat treatment. The SiC coatings were formed by the reaction of C/C substrates with as-sprayed silicon coatings deposited by vacuum plasma spraying. The preparation temperature and the thickness of original silicon coatings have great influence on the microstructure and the thickness of the synthesized SiC coatings. The results indicated that a continuous and dense SiC coating has been produced on the surface of C/C substrates. The SiC coatings prepared at 2073 K with the silicon coatings of 230 μm thickness, exhibited a low mass loss of 2.56% in the plasma jet with temperature about 2473 K and duration of 420 s in atmosphere. The present results implied that vacuum plasma spraying technology combined with heat treatment was an acceptable method for synthesis of protective SiC coatings for C/C composites.     

磁控溅射沉积银薄膜/涂层的研究进展

银薄膜/涂层是一种在高新技术领域极具潜力的新材料,近年来在现代工业中得到了广泛的应用。采用磁控溅射制备的银薄膜/涂层具有优异的附着力,通过选择相应的沉积参数可以实现对银薄膜/涂层微观结构及性能的调控。本文综述了磁控溅射沉积银薄膜/涂层的主要制备工艺,评述了银薄膜/涂层在其主要应用领域内的研究进展,并对其未来的发展进行了展望。     

溅射技术对TiN涂层结构和力学性能的影响

目的 沉积条件对Ti N涂层的组织结构和力学性能有着至关重要的影响,而溅射技术又决定了涂层的沉积条件,探究不同溅射技术对Ti N涂层的微观组织结构和性能的影响,提高Ti N涂层的力学性能和高温摩擦磨损性能。方法 采用不同的溅射技术(dcMS、Hi PMS、Hybrid)在M2高速钢表面沉积Ti N涂层,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、sin²ψ法、纳米压痕仪、洛氏压痕法、划痕法和CSM球盘式摩擦试验机分别测试了Ti N涂层的组织结构特征、沉积速率、残余应力、纳米硬度、膜基结合力和高温摩擦磨损性能。结果 不同溅射技术制备的Ti N涂层均为柱状晶结构和Ti N (111)择优取向。HiPIMS-TiN涂层具有最高的纳米硬度(29.7GPa)和最低的膜基结合力(HF2),而Hybrid-TiN涂层呈现出最小的残余应力、高沉积速率和高膜基结合力,其膜基结合力达到HF1级,临界载荷(Lc2)达到82.5 N。不同溅射技术制备的Ti N涂层的摩擦因数均随着温度的升高而降低,在500℃时,Ti N涂层的摩擦因数约为0.53。Ti N涂层的磨损率随着温度的升...     

高功率脉冲磁控溅射制备金属氮化物涂层EI北大核心CSCD

高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)作为目前研究热门的物理气相沉积方法之一,已经在刀具材料、不锈钢、聚合物、复合材料等基体上实现硬质涂层、生物涂层、耐腐蚀涂层、耐高温氧化涂层、绝缘涂层等多种类型涂层制备。通过高功率脉冲磁控溅射与复合方法及后续热处理等工艺方法复合,调节高功率脉冲磁控溅射的脉冲频率、峰值功率、占空比、多脉冲和双极性实现对靶材离化率、等离子体空间分布、涂层沉积速率、相结构、微观结构、元素成分、内应力等等离子体参数和涂层物相结构的调整,以提高基体材料的硬度、耐磨损、耐腐蚀、耐高温氧化及生物相容性等综合使役性能。特别是在应用于金属氮化物涂层的制备及性能研究方面,具有巨大的工程应用价值。结合目前硬质涂层材料的应用现状,探讨高功率脉冲溅射技术沉积涂层的特性和技术优势,介绍20多年来高功率脉冲磁控溅射技术在制备单元单层、多元多层、纳米多层与多元复合、高熵合金及含Si、O、C等金属氮化物硬质涂层工艺及性能等方面应用的研究进展。     

N2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层的影响

目的研究N_2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层组织结构和性能的影响,优化TiN涂层的制备工艺。方法在不同N_2流量的条件下,采用等离子体增强磁控溅射法制备TiN涂层。采用3D形貌仪和扫描电子显微镜观察涂层的表面形貌,利用X射线衍射仪测定涂层的相结构,利用显微硬度计测试涂层试样的硬度,利用球-盘摩擦磨损试验机考察涂层试样的摩擦磨损性能,利用能谱仪分析磨痕表面的化学组成。结果 N_2流量小于61.5 mL/min时,增加N_2流量对总气压和靶电压的影响很小;N_2流量超过61.5 mL/min后,总气压和靶电压均随着N_2流量的增加而显著增大。随着N_2流量的增大,制备的TiN涂层X射线衍射谱中的TiN(111)、TiN(220)衍射峰强度不断增大,TiN(200)衍射峰强度先不变后突然减小。N_2流量约为61.5 mL/min时,制备的TiN涂层试样的致密性最好,硬度最高。N_2流量在50~61.5 mL/min范围内,制备的TiN涂层试样的磨损率较低,最低可达7.4×10~(-16) m~3/(N·m)。当N_2流量超过63 mL/min后,TiN涂层试样的磨损率显著增大。结论 N_2流量对等离子体增强磁控溅射TiN涂层择优取向、硬度及摩擦磨损性能的影响较显著,N_2流量约为61.5 mL/min时,制备的TiN涂层试样的硬度和耐磨性最好。     

Supernitrides: A novel generation of PVD hardcoatings to meet the requirements of high demanding cutting applications

Based on a unique sputtering technology using highly ionized plasmas a novel grade of high performance hard coatings, the Supernitrides with macro free morphology were developed. Within the scope of the investigations described, a characteristic (Ti, AI)N based Supernitride variant, with an AIN content doss to the conductivity limit of 65-67mol-% AIN was deposited on cemented carbide inserts. the films mechanical properties were extracted by means of nanoindentations and impact tests and compared to the corresponding ones of an effective state of the art (Ti₄₆AI₅₄)N coating. Milling investigations, conducted with both previous mentioned coatings, demonstrated the enhanced cutting performance of the applied Supernitride coating, especially at elevated cutting temperatures.     

深振荡磁控溅射制备柔性硬质纳米涂层的研究进展

柔性硬质纳米涂层具有高致密性、高表面完整性、高硬度、高韧性和高裂纹抵抗力特性,是新一代高性能纳米涂层的一个重要发展方向,但其制备难度高,难以利用传统涂层制备技术实现。深振荡磁控溅射(deeposcillation magnetron sputtering, DOMS)技术是一种新型的高功率脉冲磁控溅射技术,现已成为国际涂层研究领域的热点。DOMS技术通过一系列调制的电压微脉冲振荡波形,能够实现完全消除电弧放电和靶材近全离化,获得高密度、低离子能量和高束流密度的等离子体,能制备出具有低缺陷、高表面完整性、高致密性的高性能纳米涂层,并且对纳米涂层的成分、结构和性能实现"剪裁化"的可控制备。本文综述了柔性硬质纳米涂层的特征以及DOMS制备柔性硬质纳米涂层的最新进展。     

高功率脉冲磁控溅射轮辐特征等离子体研究综述EI北大核心CSCD

高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)是最新一代磁控溅射技术,高度离化的脉冲等离子体是HiPIMS技术的核心特征。针对HiPIMS放电轮辐特征,评述特征放电下HiPIMS等离子体测量、模拟及对薄膜生长作用的最新研究进展。较之常规磁控溅射技术,HiPIMS溅射靶材粒子高度离化,等离子体阻抗显著降低。等离子体在靶材表面形成以千米每秒速度旋转漂移的致密等离子体结构,存在局域化和自组织特征,可显著影响沉积粒子输运行为,为沉积薄膜生长提供一个新的控制维度。HiPIMS放电轮辐一般呈现扩散形和三角形两种形态,通过介绍轮辐变化规律、形成机制的进展,明确靶材溅射产额也对其形态有影响。另一方面,HiPIMS轮辐结构结合其脉冲放电特点,可控制薄膜沉积通量输运特征,进而影响沉积薄膜的微结构、表面粗糙度等表面完整性参数。具有微秒到毫秒跨尺度多级脉冲调节能力的高功率调制脉冲磁控溅射(MPPMS)和高功率深振荡脉冲磁控溅射(DOMS),脉冲控制跨时间尺度特性带来的轮辐特征可剪裁性,为在更大时间和空间维度上薄膜生长控制提供了可能性。     

Surface modification of magnetron-sputtered hydroxyapatite thin films via silicon substitution for orthopaedic and dental applications

There have been a significant advances made in the field of bioceramics, particularly hydroxyapatite (HA) during the past 10 years. Emphasis has now shifted towards designing HA with enhanced bioactivity for bone tissue repair. The aim of this study was to assess whether surface wettability can be correlated with cellular interactions with silicon-substituted hydroxyapatite (SiHA)-coated titanium (Ti) substrates. SiHA thin coatings of varying Si compositions were deposited on Ti substrates via a magnetron co-sputtering technique. These coatings were then subjected to an in vitro study using primary human ostoeblast (HOB) cells, to evaluate their biological property. HOB cells showed initial poor adhesion and spreading on hydrophobic Ti surface. The application of HA or SiHA thin coatings on Ti substrates by magnetron co-sputtering technique renders the surface more hydrophilic, with water contact angles between 30 and 40°. HOB cells attached, spread and proliferated well on these coatings. Enhanced calcification (formation of calcium phosphate nodules across the collagenous matrices) was observed on SiHA coatings with increasing Si content. This interdisciplinary paper highlighted that enhanced bioactivity was associated with surface wettability. Producing a nanostructured HA coating on a Ti substrate by magnetron sputtering resulted in the promotion of cell proliferation and calcification, and the latter was further enhanced with Si substitution. Hence, SiHA thin coating holds great potential as an alternative dental material.     

Properties of Aluminum Oxide (AlO_x) Barrier Coatings Deposited on Poly(Ethylene Terephthalate)(PET)Substrates by Reactive Magnetron Sputtering

The aluminum oxide(AlOx)coatings were deposited on poly(ethylene terephthalate)(PET)surface by reactive magnetron sputtering for improving its barrier property.With O2 flux increasing,three modes including metallic mode,transition mode and oxide mode exist in sputtering.The properties of the aluminum oxide(AlOx)coatings prepared at different modes were discussed.Also,the influences of oxygen flux on the stoichiometry,structure,gas permeation of the coatings were investigated.The chemical composition of AlOx films fabricated in transition mode is different as oxygen flux varies slightly,and the gas barrier property is better as the stoichiometry is closer to 1.5 with oxygen flux increasing.The coating uniformity,roughness and particle size depend remarkably upon oxygen flux.The coatings deposited at oxide mode have a good barrier performance to oxygen and water,and the permeability to oxygen decreases by sixty times and water vapor ten times compared with uncoated PET