TiN/AlN纳米多层膜的调制周期及力学性能研究

采用一种新型的离子束辅助非平衡反应磁控溅射设备制备了TiN/AlN纳米多层复合膜.采用XRD衍射、TEM、显微硬度计和干涉显微镜对TiN/AlN纳米多层膜的微结构和力学性能进行了表征.结果表明TiN/AlN多层膜有良好的周期;调制结构影响薄膜的择优取向,薄膜整体表现出硬度增强的效果,硬度随调制周期的变化而变化并在调制周期为7.5 nm时达到最大值.     

调制周期对ReB2/TaN纳米多层膜的结构和力学性能影响

利用射频磁控溅射方法(衬底温度20℃)制备TaN,ReB2单层膜及ReB2/TaN纳米多层膜,并通过XRD,SEM,XP-2表面轮廓仪及纳米力学测试系统对薄膜的微结构和力学性能进行表征,分析调制周期对其影响.结果表明:TaN和ReB2均具有典型的六方结构,在其构成的多层膜中,当调制周期达到8～12nm附近时,纳米多层膜...     

调制周期对TaN/VN纳米多层膜的影响

本研究选择钽和钒的氮化物作为个体层材料,利用射频磁控溅射系统制备TaN、VN及一系列的TaN/VN多层薄膜。通过XRD和纳米力学测试系统分析了该体系合成以后的晶体结构、调制周期对力学性能的影响。结果表明：多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制周期为30 nm时TaN/VN多层膜达到最大硬度31 GPa,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、弹性模量以及耐磨性能均达到最佳效果。     

非对称双极脉冲反应磁控溅射制备TiN/NbN多层膜

采用非对称双极脉冲磁控溅射制备了一系列不同调制周期的TiN/NbN纳米多层膜,利用X射线衍射分析(XRD)、纳米压痕仪、扫描电子显微镜(SEM)表征了薄膜的微观结构、力学性能和断口形貌。结果表明,在调制周期为19.86nm时,纳米压痕硬度达到43GPa。利用三点弯曲法形成裂纹的扩展,并观察到了裂纹的偏转特征。     

调制比对电弧离子镀Cr/TiN纳米多层膜力学性能的影响

采用电弧离子镀技术,通过改变调制比沉积Cr/TiN纳米多层膜.利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪研究了调制比对Cr/TiN纳米多层膜表面形貌、微观结构以及力学性能的影响.结果表明,纳米多层膜表面致密、平滑均匀,膜层与基底结合良好,膜层综合力学性能优异,出现明显的纳米效应和界面效应.当调制比为2:...     

ZrN/WN纳米多层膜的结构与性能研究

选择锆和钨的氮化物作为个体层材料,利用超高真空射频磁控溅射系统制备ZrN、WN及一系列的ZrN/WN多层薄膜.通过XRD,SEM和纳米力学测试系统分析了该体系合成中调制周期与ZrN、WN单层厚度比例(tZrN/tWN)对多层膜结构与机械性能的影响.结果表明:大部分多层膜的纳米硬度与弹性模量值都高于两种个体材料硬度的平均值;当调制周期Λ=30nm,tZrN:tWN=2:3时,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力以及弹性模量均达到最佳效果.多层膜的机械性能改善明显与其多层结构和多晶结构有直接的联系.     

不同调制周期的TiSiN/TaVN纳米多层膜的结构及性能

为了探究调制周期对TiSiN/TaVN纳米多层膜性能的影响,使用磁控溅射仪在304不锈钢和硅片上沉积TiSiN/TaVN纳米多层膜,采用X射线衍射仪、扫描电镜、纳米压痕仪、划痕仪、表面性能综合测试仪等分析和探索不同调制周期的TiSiN/TaVN纳米多层膜的微观结构、力学性能和摩擦学性能。结果表明：TiSiN/TaVN纳米多层膜均为面心立方结构,在(111)晶面和(200)晶面呈现择优取向。随着调制周期的增大,TiSiN/TaVN纳米多层膜的硬度、弹性模量、膜基结合力等先增大后减小,摩擦系数先减小后增大。当调制周期为8 nm时,TiSiN/TaVN纳米多层膜具有优异的力学性能和摩擦学性能,硬度最高为28.79 GPa,弹性模量最大为301 GPa,膜基结合力最高为29.2 N。薄膜硬度强化的主要原因是固溶强化和交变应力场。当调制周期为8 nm时,TiSiN/TaVN纳米多层膜的摩擦系数最小值为0.14,磨损机理主要为磨粒磨损和氧化磨损。TiSiN/TaVN纳米多层膜摩擦学性能改善的主要原因之一是摩擦过程中V元素与氧气反应形成了具有自润滑性能的Magnéli相氧化物V₂     

金属纳米多层膜力学性能研究进展

新型功能材料及器件向小型化,集成化和复合化发展的趋势,使得尺寸在纳米尺度的层状材料和柔性多层器件在使用过程中的服役行为成为其发展的关键科学问题。本文结合作者近几年对Ag/M系列和Cu/M系列多层膜力学性能的研究工作,对金属纳米多层膜的微结构特征及其对力学性能的影响进行了回顾和总结,主要包括多层膜的晶粒形貌对其强化机制和塑性变形行为的影响,组元强度错配对多层膜硬化行为的影响,界面结构与其强度极值的关系、不对称界面结构引起的异常弹性模量增强和多层膜的室温蠕变机制及界面结构对蠕变性能的影响等几个方面,并对多层膜的力学性能研究进行了展望。     

W／SiC纳米多层膜的制备及表征

采用多靶磁控溅射制备了Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜,并用ＸＲＤ和ＴＥＭ研究了Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜的微结构。研究表明,Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜的调制结构界面平直,清晰,周期性好,ＳｉＣ调制层为非晶态,Ｗ调制层在大调制周期为纳米晶,并随调制周期减小逐渐转变为非晶态。     

TiN/TiCN多层调制结构薄膜的耐蚀性

多弧离子镀和磁控溅射制备薄膜各有优缺点,将2种技术复合制膜的研究还少有报道.采用多弧离子镀和磁控溅射复合技术在304不锈钢基体表面制备了TiN单层和TiN/TiCN多层膜,采用扫描电镜、X射线衍射仪并结合电化学测试等着重研究了不同调制周期下薄膜组织结构与耐腐蚀性能的变化规律.结果表明:所制备的TiN/TiCN多层膜表面平整、致密,随着调制周期的减小,TiN/TiCN多层膜发生生长取向的转变,且具有(111)晶面生长织构;TiN/TiCN多层膜在3.5 ％NaC1溶液中的抗腐蚀能力优于基体和单层TiN薄膜,随着多层膜调制周期的减小,其抗腐蚀性逐渐增强,在λ =0.150 μm时,多层膜的自腐蚀电流密度和极化电阻分别为0.106 7μA/cm2和679.700 kΩ·cm2,腐蚀速率下降到最低,具有良好的耐腐蚀性.     

磁控共溅射制备氮化钛铝薄膜及其机械性能的研究

使用磁控共聚焦溅射技术并改变溅射过程中Al的功率来制备了一系列Al含量不同的氮化钛铝（TiAlN）薄膜。在溅射过程,薄膜沉积速率和Al含量随Al的溅射功率增加而增大,而薄膜的粗糙度减小。Al含量较低时（约21％）,TiAlN薄膜的硬度和弹性模量都高于TiN薄膜。而Al含量较高时（〉26％）,薄膜的硬度和弹性模量也随含量增加减小。     

TiAlN/VN纳米多层膜的微结构与力学和摩擦学性能

采用反应磁控溅射制备了TiAlN/VN纳米多层膜, 并使用X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、纳米压痕仪和多功能摩擦磨损试验机对多层膜的微结构与力学和摩擦学性能进行了表征和分析。研究结果表明: 不同调制周期的TiAlN/VN多层膜均呈典型的柱状晶生长结构, 插入VN层并没有打断TiAlN涂层柱状晶的生长。在一定调制周期下, TiAlN/VN纳米多层膜中的TiAlN和VN层之间能够形成共格生长结构, 其硬度和弹性模量相比于TiAlN单层膜均有显著提升, 其中, TiAlN (10 nm)/VN (10 nm)的硬度和弹性模量最大增量分别达到39.3%和40.9%。TiAlN/VN纳米多层膜的强化主要与其共格界面生长结构有关。另外, TiAlN单层膜的摩擦系数较高(~0.9), 通过周期性地插入摩擦系数较低的VN层能够使得TiAlN的摩擦系数大大降低, TiAlN/VN纳米多层膜的摩擦系数最低为0.4。     

非平衡磁控溅射沉积Ta-N薄膜的结构与电学性能研究

采用直流反应非平衡磁控溅射技术在单晶Si(100)和玻璃表面沉积氮化钽(Ta-N)薄膜,分别测试了薄膜的结构、成分、电阻率和吸收光谱,研究了氮氩流量比(N2∶Ar)变化对Ta-N薄膜的结构和电学性能的影响.研究结果表明随N2∶Ar增加,依次生成六方结构的γ-Ta2N、面心立方结构(fcc)的δ-TaNx、体心四方结构(bct)的TaNx;N2∶Ar在0.2～0.8的范围内,Ta-N薄膜中只存在着fcc δ-TaNx;当N2∶Ar＞1之后,Ta-N薄膜中fcc δ-TaNx和bct TaNx共存.Ta-N薄膜电阻率随N2∶Ar流量比增加持续增加,当N2∶Ar为1.2时,薄膜变为绝缘体,光学禁带宽度为1.51eV.     

Nanoindentation and atomic force microscopy measurements on reactively sputtered TiN coatings

Titanium nitride (TiN) coatings were deposited by d.c. reactive magnetron sputtering process. The films were deposited on silicon (111) substrates at various process conditions, e.g. substrate bias voltage (V_B) and nitrogen partial pressure. Mechanical properties of the coatings were investigated by a nanoindentation technique. Force vs displacement curves generated during loading and unloading of a Berkovich diamond indenter were used to determine the hardness (H) and Young’s modulus (Y) of the films. Detailed investigations on the role of substrate bias and nitrogen partial pressure on the mechanical properties of the coatings are presented in this paper. Considerable improvement in the hardness was observed when negative bias voltage was increased from 100–250 V. Films deposited at |V _B| = 250 V exhibited hardness as high as 3300 kg/mm². This increase in hardness has been attributed to ion bombardment during the deposition. The ion bombardment considerably affects the microstructure of the coatings. Atomic force microscopy (AFM) of the coatings revealed fine-grained morphology for the films prepared at higher substrate bias voltage. The hardness of the coatings was found to increase with a decrease in nitrogen partial pressure.     

TiN/AlN纳米多层膜的研究

采用反应溅射法制备了ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜,并通过ＸＲＤ,ＨＲＥＭ和显微硬度计对多层膜的调制结构和力学性能进行了研究。结果表明：ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜有较好的调制结构。小调制周期时,ＡｌＮ调制层以ＦＣＣ结构在ＴｉＮ调制层上外延生长。调制周期增大,ＡｌＮ调制层中出现六方晶型。ＴｉＮ／ＡｌＮ的显微硬度随调制周期的减小单调上升,并在调制周期＾＝２ｎｍ时达到最高值ＨＫ３２９３。硬度的增高极有可能是小调     

金属间化合物Ni3Al薄膜的制备及性能研究

采用直流磁控共溅射法,在衬底温度为450℃的SiO2基体上制备了厚度为500nm的Ni3Al薄膜,X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等测试表明,薄膜为(111)取向的L12型晶体结构金属间化合物。采用纳米压痕方法测试了薄膜的力学性能,其硬度为8.00GPa,弹性模量为200GPa。为克服亚微米级薄膜氧化增重难以测量的困难,采用四探针测试金属薄膜电阻的方法,间接给出了薄膜的腐蚀性能和高温氧化程度。结果表明Ni3Al金属间化合物薄膜的氧化速率为2.28×10-13g2/(cm4.s),薄膜具有良好的高温抗氧化性能。     

直流反应溅射TiO2薄膜的制备及其性能研究

采用直流反应磁控溅射的方法,溅射高纯钛靶在ITO石英衬底上制备了TiO2薄膜.用XRD、Raman光谱、AFM和紫外-可见光分光光度计分别测试了TiO2薄膜的结构、表面形貌和紫外-可见光透射谱,研究了工艺因素中溅射气压、氧氩比和退火温度对薄膜结构的影响.采用C(胶)/TiO2/ITO三层结构研究了锐钛矿TiO2薄膜的紫外光响应.实验结果表明较低的溅射气压、合适的氧氩比和较高的退火温度有利于锐钛矿TiO2薄膜的结晶.在2 V的偏压下,锐钛矿TiO2薄膜的紫外光响应上升迟豫时间约为3 s,稳定光电流可达到2.1 mA,对紫外光的灵敏性和稳定的光响应表明TiO2薄膜有可能成为一种新的紫外光探测器材料.     

条纹图形Heusler合金CoFeMnSi薄膜的制备及其磁特性研究

以CoFeMnSi作为研究对象,对其进行图形化设计,以研究图形化CoFeMnSi薄膜的磁学特性。利用感光溶胶-凝胶法和激光干涉法制得条纹图形ZrO2薄膜,之后利用磁控溅射法在其表面溅射沉积CoFeMnSi,以达到制得图形化CoFeMnSi磁性薄膜的目的,并对其表面形貌和磁学特性进行了表征。采用金相显微镜分析验证CoFeMnSi薄膜继承了ZrO2的条纹图形结构,条纹图形周期约为2μm;面内磁性测量显示薄膜398 kA/m磁场下的磁化强度与外磁场和条纹夹角θ呈180°周期性变化关系,且磁化强度介于390~440 kA/m;利用CoFeMnSi平膜面内磁化强度及面外磁化强度与外加磁场方向的变化关系,解释了条形薄膜磁化强度的θ角度依赖关系;采用磁力显微镜观察到磁畴结构形态为蜂窝状,磁畴尺寸大约1~2μm。     

分子沉积膜的力学特性研究

在金衬底上制备了分子沉积膜。用原子力显微镜研究了它的摩擦力,结果表明沉积膜能明显地减小摩擦力。用纳米压痕仪研究它的纳米力学特性,结果表明在金表面沉积一层膜后,弹性模量、硬度和载荷都减小,说明分子沉积膜能改善金衬底的纳米力学特性。