气体放电伏安特性对TiN薄膜结构和性能的影响

针对溅射离子镀离化率低及多弧离子镀易产生微米级熔滴喷溅这一长期制约离子镀技术发展的难题,依据金属靶材内部电子在通过电阻值较大的组织缺陷处会导致该区域温度上升的焦耳热效应和金属表面高温下电子热发射等物理学现象,建立以离子碰撞和靶材热发射为脱靶机制的新型微弧离子镀技术。通过氩离子的轰击动能和金属靶材内电流的焦耳热效应共同促使靶面缺陷处温度迅速上升,增加了该区域内电子和原子的动能使其能够克服表面势垒从靶材表面大量逸出。等离子区内靶材原子和电子数量的增加提高了镀料粒子的碰撞离化率,且靶面未出现明显电弧避免了靶材表面的熔融喷溅,从而获得高离化率和高密度的镀料粒子。实验结果表明:微弧离子镀技术制备的TiN薄膜具有致密的结构、良好的表面质量、较高的显微硬度、较强的膜基结合力和良好的抗腐蚀性能。     

正反欧姆区间伏安特性对镀层均匀性及膜/基结合强度的影响

将靶材与真空腔之间的伏安特性引入正-反欧姆过渡区间,采用脉冲控制模式研究不同靶电流密度对镀层均匀性和膜/基结合强度的影响规律。实验发现,当靶面放电区电流密度(Id)由0.083 A/cm~2增加至0.175 A/cm~2时,靶电压随靶电流密度的增大呈线性增大关系,与之对应的镀层厚度差由7.984μm增大至14.011μm;但当Id由0.175 A/cm~2增大至0.25 A/cm~2时,靶电压随靶电流密度的增大呈线性减小关系,与之对应的镀层厚度差则由14.011μm减小至10.077μm;而薄膜厚度减小率由97.38%(Id=0.083 A/cm~2)降低为89.491%(Id=0.25 A/cm~2);另外,在反欧姆区,膜/基结合强度随Id的增大而快速增大。以上结果表明:反欧姆环境下有利于改善镀层的均匀性和提高膜/基结合强度。     

正反欧姆区间伏安特性对TiN薄膜微观结构及性能的影响

采用脉冲控制模式将气体放电伏安特性由磁控溅射离子镀的正欧姆区间引入到反欧姆区间,并在不同靶电流密度下制备了TiN薄膜。研究了正反欧姆区间伏安特性对薄膜微观结构及性能的影响。结果表明:在靶电流密度(I_(td))大于0.2 A·cm~(-2)的反欧姆区间,薄膜具有良好的表面质量和致密程度;且薄膜的硬度和膜/基结合强度分别由正欧姆区间I_(td)为0.11A·cm~(-2)的9.9 GPa、4.5 N提升到反欧姆区间I_(-td)为0.38 A·cm~(-2)的25.8 GPa、18 N。     

辉弧放电过渡区间靶电流密度对TiN薄膜 结构及性能的影响

通过可调脉冲电源控制模式将气体放电伏安特性引至辉弧放电过渡区间,并在不同的电流密度条件下制备了TiN薄膜,采用XRD,SEM,TEM,纳米压痕仪与涂层附着力自动划痕仪等表征方法对比研究了辉弧放电过渡区间靶电流密度对薄膜组织结构、硬度及膜基结合强度的影响。结果表明,随着电流密度增大,镀料粒子由溅射环境的碰撞脱靶逐渐转变为碰撞增强热发射脱靶,具有更高密度、高离化、高能量的沉积粒子;薄膜由非晶态逐渐转变为晶态,具有更为良好的表面质量和致密程度,且薄膜的硬度、膜基结合力分别由13.4 GPa、2.4 N提高至24.7 GPa、21.6 N。     

对向靶溅射TiN薄膜的结构和物性

利用对向靶溅射（ＦＴＳ）沉积出（１１１）择优取向的单相ＴｉＮ膜，膜硬度（ＨＶ）最高可达３８００，择优取向随基板偏压增高，可由（１１１）转向（２００），晶格常数随氮气分压增高而增大，这是氮原子进入四面体间隙引起的。     

挡板对电弧离子镀TiN薄膜性能的影响

在传统离子镀电弧靶前安装挡板,用镜面抛光Si(100)片作基体,对有/无挡板时沉积的TiN薄膜的大颗粒分布和性能进行了研究.结果表明,在挡板影响区域,大颗粒最大直径由无挡板时16 μm降低至2 μm,大颗粒密度从2.3×105 mm-2降低至1.4×103 mm-2;挡板影响区外,大颗粒密度变化不显著.加挡板后TiN薄膜的硬度降低,挡板影响区外降低10%,影响区内降低25%.     

负偏压对低温沉积TiN薄膜表面性能的影响

研究了在低温磁控溅射沉积TiN薄膜过程中,负偏压对基体温度、薄膜表面性能、薄膜与基体界面结合强度以及摩擦学性能的影响.研究结果表明,加负偏压条件下,明显提高基体温度,有益于晶粒细化,提高硬度,改善色泽,提高TiN/基体的界面结合强度,但会引起表面轻微的粗糙化;摩擦学试验表明,负偏压对低温磁控溅射TiN薄膜及其摩擦副的摩擦磨损性能的影响较明显.     

调制周期对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和摩擦性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了TiN/TiAlN多层薄膜,研究了调制周期对薄膜多层结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:在相同的沉积时间内,随调制周期的增加,多层薄膜的层数减少,每一层的厚度增加,层与层之间的区分更加清晰。摩擦磨损测试结果表明:由于多层薄膜的调制结构,引起薄膜对磨层的变化,当多层薄膜的调制周期为54 nm时,多层薄膜的摩擦系数最小;当调制周期为112 nm时,多层薄膜的摩擦系数最高;当调制周期为164 nm时,多层薄膜的磨痕宽度最小。在摩擦磨损过程中,GCr15钢球的磨损面一直处于快速磨损阶段,对磨痕能谱线扫描结果发现磨屑的主要成分是Fe和FeOx。     

离子源循环轰击对磁控溅射TiN薄膜结构和电学性能的影响

为研究离子源循环轰击对薄膜结构和电学性能的影响,通过离子源轰击辅助直流磁控溅射在200℃下沉积不同循环周期Ti N薄膜,采用场发射扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射仪表征薄膜表面形貌及组织结构。采用纳米压痕仪检测涂层的硬度和弹性模量。采用双电测四探针电阻仪测试室温下薄膜的电学性能。结果表明:离子源轰击在薄膜中形成了分层结构,膜层更加致密光滑,平均粗糙度由5.2 nm下降为2.7 nm。随着离子源循环轰击周期增加薄膜结晶性增强,并且当离子源循环轰击周期为3次时出现了Ti N(200)峰,薄膜硬度和弹性模量提高。当经过2次离子源循环轰击时薄膜电阻值最低为8.1μΩ·cm。     

离子渗氮对TiN薄膜组织与性能的影响

为进一步提高TiN膜层的性能,对其进行了离子渗氮处理。利用XRD分析、SEM观察、硬度试验和摩擦磨损试验对TiN薄膜离子渗氮前后的组织与性能进行了分析。结果表明,离子渗氮后,膜层物相主要为TiN,出现晶格畸变、择优取向生长现象,表面得到净化更平整,硬度、耐磨性得到较大提高。     

Influence of sputtering parameters on microstructure and mechanical properties of GeSbTe films

GeSb2Te4 films were deposited on Si substrates by RF magnetron sputtering, and the effects of sputtering power on the surface topography and anti-compression properties were studied with atomic force microscope（AFM） and nanoindenter. Meanwhile, the mechanical properties of GeSb2Te4 films with oxygen impurity were also investigated. The results indicate that proper sputtering power is important for obtaining GeSb2Te4 films with high compact structure and low surface roughness, which present good load-support capacity. Although the effect of oxygen impurity on the anti-compression properties of GeSb2Te4 films is not very significant as a whole, certain oxygen dosage can relax the internal stress, thereby the hardness of the films drops slightly.     

不同磁控溅射工艺对纳米晶TiN薄膜微观结构与力学性能的影响

对比研究了直流磁控溅射（dcMS）、高功率脉冲磁控溅射（HPPMS）和调制脉冲磁控溅射（MPPMS）所沉积纳米晶TiN薄膜的组织结构与力学性能。结果表明,因dcMS溅射粒子离化率与动能均较低,薄膜表现为存在少量空洞的柱状晶结构,薄膜力学性能差、沉积速率为51 nm/min。HPPMS因具有较高的瞬时离化率和较低的占空比,薄膜结构致密而光滑,性能得到了显著改善,但平均沉积速率较低,仅为25 nm/min。通过MPPMS技术可大范围调节峰值靶功率和占空比,从而得到较高的离化率和平均沉积速率,薄膜结构致密光滑、力学性能优异,沉积速率达45 nm/min,接近dcMS。     

Influence of gas flow rate on the microstructure and mechanical properties of hydroxyapatite coatings fabricated by gas tunnel type plasma spraying

Gas tunnel type plasma torch was used to spray hydroxyapatite (HA) coatings on 304 stainless steel substrate at different plasma gas (Ar) flow rates (100-170 l/min). Microstructure was observed by scanning electron microscope and phase analysis by X-ray diffraction. The mechanical properties such as hardness and abrasive wear resistance of HA coatings sprayed at different gas flow rates were investigated. The results showed that the gas flow rates affect greatly the microstructure and mechanical properties of HA coatings. Crystallinity increased and porosity decreased as the gas flow rate increased. Hardness and abrasion resistance increased as the gas flow rates increased.     

奥氏体不锈钢上功能梯度SiC薄膜的制备和性能

用磁控溅射法在奥氏体不锈钢基片上制备了SiC单层膜和Ti/TiN双层膜以及Ti/TiN/SiC功能梯度薄膜。采用XRD和显微硬度计对薄膜的结晶质量和硬度进行表征;用AFM和SEM对薄膜的表面和截面形貌进行了表征。结果表明:Ti/TiN双层膜在氩氮流量比为15∶15时,薄膜的结晶质量最好,硬度最高,达到15.6 GPa,最适合作为钢基SiC薄膜的缓冲层。另外,功能梯度SiC薄膜比SiC单层膜的结晶质量好;不同退火温度下功能梯度SiC薄膜的硬度高于SiC单层膜,同时功能梯度SiC薄膜的表面结晶质量也优于SiC单层膜。     

石墨烯掺杂MgB2块材超导性能和微观结构的研究

因为原材料相对低廉,综合制冷成本和材料成本,MgB2在20-25 K,1-3 T的中低磁场范围内应用具有明显的技术优势,有希望在这一工作温区替代传统的低温超导材料和氧化物高温超导材料,应用前景十分广泛。随着超导材料实用化的到来,对MgB2性能的要求也在逐渐提高,而影响它性能的主要因素磁通钉扎强度和晶粒连接性成为了人们的研究重点。本文通过直接掺杂石墨烯、石墨烯包覆硼掺杂、石墨烯丙酮溶液掺杂三种方法,系统研究了石墨烯采用不同方法掺杂时MgB2块材的晶体结构、临界电流密度(Jc)、磁通钉扎性能(Fp)。通过直接掺杂,MgB2在低场下临界电流密度值得到了明显提高,而包覆法和溶液法掺杂石墨烯由于在空气中氧化严重并没有改善MgB2超导性能。