Effect of Ti Incorporation on the Microstructure and Properties of the a-C:H Films Deposited by Magnetron Sputtering Technique

Amorphous hydrogenated carbon(a-C:H)and Ti-incorporated a-C:H(Ti/a-C:H)films were deposited by magnetron sputtering with a mixture gas of CH4 and Ar.The effect of the Ti incorporation on the chemical composition,microstructure and properties of the as-deposited and the annealed films were investigated by various techniques.It has been shown that the bonding structure and the internal stress were sensitive to the incorporation of the Ti atoms.The results of the XPS revealed that the concentration of Ti atom on the surface of the film increased when the Ti/a-C:H film annealed at 300oC.The tribologcial properties of the(Ti/)a-C:H films changed greatly after annealed,due to the graphitization,oxidation of carbon,and so forth.It compared and discussed in detail the change of the microstructure and properties of the a-C:H and Ti/a-C:H films before and after annealed     

直流溅射沉积CrN薄膜组织结构与摩擦性能分析研究

采用直流反应溅射在304不锈钢表面沉积CrN薄膜。利用X射线衍射仪（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,原子力显微镜（AFM）,显微硬度计,磨损试验机与三维轮廓仪等表征氮气流量对CrN薄膜组织结构与摩擦性能的影响。研究结果表明,随着氮气流量的增加,CrN (200)晶面呈择优取向,薄膜的沉积速率随着氮气流量的增加逐渐降低。另外,薄膜的表面粗糙度随着氮气流量的增加呈先降低后增加的趋势。随着氮气流量从15 sccm增加至30 sccm时,薄膜的显微硬度先从527.34 HV增加至1042.26 HV,当氮气流量再增加至35 sccm时,薄膜的显微硬度却降低至918 HV。磨损试验表明,当氮气流量为30 sccm 时薄膜具有最小的摩擦系数0.93和磨损率2.02×10-15m3·(N·m)-1,显示最佳的磨损性能。     

氮气流量对磁控溅射法沉积NGZO薄膜性能的影响

目的通过磁控溅射镀膜工艺,在玻璃上制备高质量的氮镓共掺杂氧化锌(NGZO)薄膜。方法采用射频磁控溅射法,同时通入氩气和氮气,在流量比分别为25/10、25/20、25/25、25/30((m L/min)/(m L/min))条件下制备NGZO薄膜。通过XRD和SEM对薄膜的物相结构和表面形貌进行分析,通过紫外/可见分光光度计和霍尔效应测试仪对薄膜透过率和载流子浓度、迁移率及薄膜电阻率进行研究。结果与未掺入N的Ga掺杂氧化锌(GZO)薄膜相比,在可见光区,尤其是600~800 nm范围内,NGZO薄膜平均透过率在80%以上,符合透明导电薄膜透过率的要求。GZO薄膜载流子浓度较高,电阻率较低,而掺入N后薄膜的载流子浓度和迁移率有所下降,电阻率有所增加。结论在N-Ga共掺杂薄膜中,N的掺杂主要占据O空位,并吸引空位周围的电子,这减小了薄膜晶格畸变,并产生电子空穴,最终使得薄膜中电子载流子浓度降低,空穴载流子浓度增加,电阻率有所增加。随着氮气流量的变化,发现在25 m L/min时,薄膜具有最佳的综合性能。这种薄膜可用于紫外光探测器等需较大电阻率的应用中,并有望实现n-p型转化。     

磁控溅射沉积钌薄膜的微观结构及生长过程

采用射频磁控溅射,通过改变基底温度、溅射时间、基底形貌,制备不同参数的钌薄膜。结果表明,该工艺制备的钌薄膜均没有明显的择优取向。随着溅射温度的升高,薄膜的致密性不断提高,表面由平整向起伏型结构转变,晶粒尺寸出现先增大后减小的趋势。随着溅射时间的增加,晶粒尺寸小幅增加,晶粒由圆形状演变为致密的长条状。在表面形貌较平坦的基底上更易获得光滑而致密的钌薄膜。在此基础上,研究并讨论了不同基底形貌上钌薄膜的生长方式。     

脉冲磁控溅射MoS2涂层的组织结构及摩擦学性能

采用单极性脉冲磁控溅射技术在A286基体表面制备MoS₂低摩擦系数涂层(LFC)。利用XRD、SEM等手段表征涂层的成分与微观组织;采用原位纳米力学测试系统、球-盘式摩擦磨损试验机分析涂层的力学和摩擦学性能,并探讨了脉冲偏压对涂层结构、力学和摩擦学性能的影响。结果表明,脉冲偏压由300V增加到600V,MoS₂涂层择优取向发生了(002)向(100)转变,当脉冲偏压增至800V时又恢复(002)择优取向,;随着脉冲偏压的增加,涂层的硬度及弹性模量出现先减少后增大趋势,摩擦系数在0.065~0.076范围内波动,呈现出先增加后减小趋势;偏压为800V的涂层摩擦学性能最佳,其磨损率仅为基体的13.5%。     

磁控溅射法制备硅钼薄膜及其性能表征

用射频磁控溅射法在硅基底上成功制备出具有低电阻率的单一四方相二硅化钼薄膜，并通过X射线衍射仪、原子力显微镜及四探针电阻测试仪对退火前后的薄膜样品进行了结构和电学性能分析。结果表明：薄膜的电学特性强烈依赖于薄膜的微结构和相组成。沉积态薄膜主要为非晶结构。经高温退火后，薄膜的晶态结构发生显著的变化，晶化效果明显提高，薄膜方阻大幅降低。     

磁控溅射沉积BC_x薄膜的摩擦学性能

探索具有优良摩擦学性能的BCx薄膜的制备方法具有重要意义,文中采用闭合场非平衡磁控溅射碳化硼靶和石墨靶(纯度均为99.9%)的方法,在38CrMoAl齿轮钢和Si(100)表面沉积BCx薄膜,利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱、纳米压入仪、CSM摩擦磨损试验机和X射线光电子能谱仪(XPS)分别分析了BCx薄膜的结构特征、力学性能和摩擦磨损性能,得到了石墨靶电流对碳化硼薄膜结构和性能的影响规律。结果表明:相同的沉积时间内,BCx薄膜的厚度随石墨靶电流的增加逐渐增大,硬度、弹性模量逐渐降低,微观形貌的柱状结构特征越来越明显;增加石墨靶电流可以提高BCx薄膜的摩擦学性能,当石墨靶电流为2.4A时,BCx薄膜的摩擦因数稳定在0.2左右,且具有最佳的耐磨性能。     

脉冲偏压对直流磁控溅射沉积MoN薄膜结构及性能的影响

MoN薄膜是一种具有潜在应用价值的薄膜材料,但对于其结构和性能的研究还较少。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积MoN薄膜,研究了脉冲偏压对MoN薄膜结构和性能的影响,并系统研究了MoN薄膜在不同摩擦条件下的摩擦磨损行为。采用X射线衍射仪和扫描电镜分析薄膜的晶相结构、晶粒尺寸、表面及断面形貌,采用HMV-2T显微硬度仪测试薄膜的显微硬度。采用UMT-TriboLab多功能摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能,并用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明：脉冲偏压显著影响直流磁控沉积的MoN薄膜的晶相结构、表面形貌、断面结构、硬度和摩擦磨损性能;随脉冲偏压的增大,MoN薄膜的膜厚、硬度都先增大后减小,而薄膜的磨损率却先减小后增大,其中-500 V脉冲偏压下沉积的MoN薄膜具有最高硬度为7731 N/mm²,以及最低的磨损率为5.8×10^-7 mm³/（N·m）。此外,MoN薄膜在不同载荷和转速的摩擦条件下表现出不同的摩擦学行为。     

中频磁控溅射制备类金刚石薄膜的功率因素研究

采用SP0806AS中频磁控溅射镀膜机,在硅(100)和高速钢基体上,采用双石墨靶在不同功率下沉积了类金刚石薄膜.研究表明,在功率为5～7 kW下薄膜具有较低的ID/IG比;所得薄膜表面平整,粗糙度Ra值在1.5～2.8 nm之间,薄膜厚度随功率增加而增大;在100～200 nm Ti膜作为过渡层条件下,薄膜纳米硬度和弹性模量随功率增加呈先增大后减小趋势,硬度/杨氏模量比值先增大后减小,当功率为7 kW时具有较高值;划痕实验临界载荷随功率增加先增大后减小,最大可大于50 N;薄膜的摩擦系数较小,平均摩擦系数可小于0.15;在50 g载荷下,薄膜磨穿的时间超过300 min.确定SP0806AS中频磁控溅射镀膜机沉积类金刚石薄膜的最佳功率范围是5～7 kW.     

Characterization of ZrO_2 Films Deposited by Reactive Unbalanced Magnetron Sputtering

ZIRCONIUM OXIDE FILMS are widely used asoptical coatings due to their excellent properties such ashigh refractive index,broad region of low absorptionfrom the near-UV(above240nm)to the mid-IR(below8u,m)and high pulse laser damage threshold.Theirpotential applications include laser mirrors,edge orbroadband filters,etc ni.Many techniques such as electron beam evaporation,ion-assisted deposition[31,molecular beam epitaxy[41,pulse laser deposition[5]and sputtering havebeen employed to depo…     

聚碳酸酯表面射频磁控溅射类金刚石薄膜的摩擦学性能

采用射频磁控溅射方法在聚碳酸酯片(PC)上沉积了类金刚石薄膜。利用激光拉曼光谱和扫描电子显微镜对薄膜的形貌及结构进行分析;采用表面粗糙度仪和球—盘式摩擦磨损试验机对薄膜的摩擦学性能进行测试。结果表明:利用射频磁控溅射方法在聚碳酸酯片上沉积的薄膜具有类金刚石特征;射频功率和直流偏压对sp3键含量有较大影响,并影响镀膜后聚碳酸酯材料的表面粗糙度。     

磁控溅射NiCrAlY/MoS2复合薄膜结构与性能研究

目的 通过离子源复合磁控溅射技术,制备宽温域耐磨减摩性能良好的NiCrAlY/MoS2复合薄膜.方法 采用离子源复合磁控溅射技术制备了NiCrAlY/MoS2复合薄膜,研究不同MoS2掺杂量对薄膜结构、力学性能和不同温度氧化热处理后摩擦学性能的影响.采用能谱仪(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)...     

工作气压对磁控溅射Mo膜的影响

采用直流磁控溅射沉积技术在不同工作气压下制备Mo膜,研究了工作气压对Mo膜的沉积速率、表面形貌及晶型结构的影响规律,研究表明:工作气压在0.1～0.5 Pa范围内,沉积速率基本保持不变,在0.5～1.5 Pa范围内沉积速率随工作气压的升高而增大;Mo膜的表面粗糙度随工作气压的升高而增加;不同工作气压下制备的Mo膜为立方...     

Mo电极上磁控反应溅射AlN薄膜

采用射频反应磁控溅射法在Mo电极上沉积了AlN薄膜.研究了溅射气压、靶基距、溅射功率、衬底温度及N_2含量等不同工艺条件对AlN薄膜择优取向生长的影响.用XRD分析了薄膜的择优取向,用原子力显微镜、高分辨场发射扫描电镜表征了薄膜的形貌.实验结果表明,靶基距和溅射气压的减小,衬底温度及溅射功率的升高有利于AlN(002)晶面的择优取向生长.氮氩比对AlN薄膜择优取向生长影响较小,N_2≥50%(体积分数)时均可制得高c轴择优取向的AlN薄膜.经优化工艺参数制备的AlN柱状晶薄膜适用于体声波谐振滤波器的制备.     

氧流量对磁控溅射ZrO2薄膜光学性能的影响

采用反应磁控溅射法在k9玻璃基底上沉积ZrO2薄膜.用轮廓仪、椭圆偏振仪和分光光度计,分别测试薄膜的厚度、折射率、消光系数和透过率,研究了不同氧流量对薄膜沉积速率和光学特性的影响.结果表明:随着氧气流量增加到22～24 mL/min(标准状态下)时,沉积速率从6.8 nm/s下降到2.5 nm/s,并趋于稳定;在入射波...     

磁控溅射制备Mo薄膜的优化工艺和组织及性能研究

基于正交试验设计,采用射频磁控溅射技术在不同工艺条件下制备了一系列纯金属Mo薄膜。以薄膜的纳米硬度和结合强度为评价指标,考察分析了溅射靶功率、基片温度、氩气流量和真空度4个工艺参数对溅射Mo薄膜综合力学性能和组织结构的影响规律及机理。结果表明,所制备的多种Mo薄膜均为立方多晶结构,并在(110)和(220)晶面择优生长。薄膜由细小的"树枝"状颗粒随机堆叠而成,表面呈压应力状态。综合考虑薄膜的沉积质量和沉积效率,提出磁控溅射制备Mo薄膜的较佳工艺参数为Mo靶功率100 W,沉积温度120℃,氩气流量90 cm3/min,真空度0.2 Pa。采用优化工艺制备的Mo薄膜具有良好的结晶状态和均匀致密的组织结构,纳米硬度为7.269 GPa,结合强度高达33.8 N。     

碳含量对中频磁控溅射沉积MoCN涂层微观结构及摩擦学性能的影响

目的 为了大幅提高机械零部件表面的硬度和耐磨性能,探究制备具有低摩擦因数、高硬度和良好耐磨性的MoCN涂层。方法 采用中频磁控溅射技术在不锈钢基板和硅片上,通过控制C₂H₂气体(纯度99.99%,0、3、6、9 mL/min)的量来制备具有不同含碳量的MoCN纳米复合涂层。通过X射线衍射仪和拉曼光谱仪分析涂层主要的物相结构,采用扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)表征涂层的表面和断面形貌。采用连续刚度法,利用纳米压痕仪测试涂层的纳米硬度和弹性模量。利用自动划痕试验机和光学显微镜(OM)评估涂层与基体之间的黏附强度。最后利用多功能摩擦磨损试验机进行磨损试验,通过SEM对试验后的涂层进行磨损形貌分析,并对涂层的摩擦学性能进行评价。结果 涂层微观组织和力学性能表征结果表明,MoCN涂层由MoN相和非晶态碳相组成。随着涂层中碳含量的增加,涂层与基体之间的结合力和涂层表面的粗糙度都呈现逐渐减小的趋势,其涂层的划痕失效临界载荷和表面粗糙度的最小值分别为6.90 N和6.80 nm,但是涂层的纳米硬度从7.36 GPa增至10.23 GPa。摩...     

离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响

采用离子源辅助中频反应磁控溅射技术在单晶硅及硬质合金基体上沉积AlN薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计、薄膜结合强度划痕试验仪等对薄膜结构及性能进行表征,着重研究了离子源对中频反应磁控溅射AlN薄膜结构和性能的影响.结果表明:离子源的辅助沉积有利于AlN相的合成,当离子源功率大于0.7 kW时,AlN沿(100)晶面择优取向明显,当离子源功率为1.3 kW时,所沉积膜层有向非晶化转变的趋势.同时,随着离子源功率的增加,所沉积的AlN薄膜致密度和膜、基结合力均显著提高,而膜层沉积速率和硬度则呈先上升后降低的规律.     

Zr含量对磁控溅射Mg-Zr-O薄膜微观结构和放电性能的影响

采用磁控溅射在玻璃基底上沉积Mg-Zr-O 复合介质保护膜,研究Zr掺杂含量对薄膜微观结构和放电性能（着火电压,最小维持电压）的影响。结果发现,沉积的Mg-Zr-O薄膜晶粒细小,微观结构仍然保持MgO的面心立方NaCl型结构,所掺杂的Zr以Zr4+形式置换固溶于MgO晶格中。当掺杂Zr浓度为2.03at%时,薄膜具有最强的（200）择优取向和最小的表面粗糙度。适当Zr掺杂的Mg-Zr-O薄膜和纯MgO薄膜相比,其着火电压和最小维持电压分别降低了25和15 V。     

峰值功率对高功率脉冲磁控溅射氮化铬薄膜力学性能的影响

目的采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)制备力学性能优良的氮化铬薄膜。方法采用HIPIMS技术,利用铬靶及氩气、氮气,在不同峰值功率(52.44,91.52,138 k W)下沉积了氮化铬薄膜。采用X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米硬度计、摩擦磨损试验机、划痕仪等评价方法,研究了峰值功率对薄膜组织结构和力学性能的影响。结果当峰值功率为52 k W时,靶材原子与离子的比值仅为5.4%,所生成氮化铬薄膜的晶粒尺寸较小,薄膜出现剥落的临界载荷为42 N,薄膜的磨损深度达到349 nm;当峰值功率提高到138 k W时,靶材原子与离子的比值为12.5%,在最大载荷100 N时,薄膜也未出现剥落,同时磨损深度仅为146 nm。结论高的峰值功率能够提高靶材原子离化率和离子对基片的轰击效应,使氮化铬薄膜晶粒重结晶而长大,消除部分应力,使薄膜表现出优良的耐磨性和韧性,因此提高靶材峰值功率可以提高氮化铬薄膜的力学性能。