压入深度与膜厚对薄膜与基体复合硬度及弹性模量的影响

根据高华建的复合弹性模量模型，提出了用一个测点的载荷-位移曲线计算整个压入深度内薄膜和基体复合硬度分布的方法，探讨了压入深度与膜厚对硬度与弹性模量测量值的影响，指出可由膜-基复合性能反推膜本身的性能。     

Ti-Mo-Zr-Fe合金的微观结构与纳米压入特性的关系

通过不同的热处理制度控制TMZF合金中的相组成和含量，利用XRD分析确定各种相结构。利用纳米压入测量仪测试了不同组织结构下的硬度和弹性模量。结果表明，当合金中存在ω相时，合金的的硬度和弹性模量最高，随着热处理温度的提高，合金中的ω相消失，代之而来的是α相，而且越接近β转变温度，α相含量越少，对应的弹性模量和硬度越来越低。对于Ti—Mo—Zr-Fe合金来说压入性能（硬度、弹性模量）与相成分之间存在着良好的匹配关系。     

磁控溅射基片负偏压对Ti/TiN复合纳米薄膜择优取向的影响

采用中频反应磁控溅射技术,以高纯Ti(99.99%)为靶材,以高纯氮气(99.99%)为反应气体,在铝合金基片上沉积Ti/TiN复合纳米膜层。通过XRD、SEM、EDS等分析Ti/TiN复合纳米膜层微观组织和物相结构,研究基片负偏压对Ti/TiN复合纳米薄膜择优取向生长的影响。研究表明,将片加上-150 V负偏压时,Ti/TiN薄膜优先沿(111)面生长;将基片加上-200 V负偏压时,Ti/TiN薄膜优先沿(220)面生长;将基片加上-350 V负偏压时,Ti/TiN薄膜优先沿(200)面生长。继续增大基片负偏压时,由于薄膜中Ar离子浓度大幅增长,高能离子长时间轰击破坏晶粒取向性,使薄膜呈无择优取向。     

电镀工艺对镍纳米膜微观结构及硬度的影响

采用直流电沉积法制备纳米晶镍膜,研究了添加剂C12H2NaSO4,TJ,GL-100对镀层微观表面形貌、硬度、晶粒尺寸及织构的影响,同时探讨了电流密度对硬度的影响。结果表明：在无添加剂和仅加入C12H25NaSO4时,改变了镀层晶面的生长速率和晶粒快速的生长方向,使（200）晶面发生织构;TJ的添加显著细化晶粒;TJ和GL-100复合添加使镀层晶粒在（111）晶面择优取向生长。3种添加剂的复合作用,使镀层表面形貌及硬度达到最佳状态。在电镀条件相同时,镀层的硬度随电流密度的增加而增加。     

去应力退火对Cu膜纳米压入蠕变性能影响的研究

在JGP560V磁控溅射镀膜设备上镀制多晶Cu膜，选取沉积态和经过3h去应力退火的退火态两种Cu膜，利用纳米压入技术测量了其室温下的蠕变性能。试验结果显示去应力退火后的Cu膜残余应力反而升高；且其室温蠕变性能与沉积态的Cu膜有很大的不同；随保载载荷升高，两种状态下的Cu膜蠕变应力指数均升高。分析认为这是由于退火造成膜基体系内应力的变化，同时减少了薄膜中的各种点缺陷和线缺陷，从而改变了Cu膜蠕变性能的结果。     

加载速率对Al膜纳米压入蠕变性能的影响

纳米压入仪对Si片上晶Al膜进行的压入蠕变实验表明,加载方式对Al膜的蠕变性能有明显影响.随加载速率和载荷的增大, Al膜的总蠕变量和应力指数均有较大升高 且蠕变初期可能存在异常高蠕变率.分析认为这与是加载过程中未及发生的塑性变形的持续释放有关.对于确定的薄膜材荆及组织结构,加载过程中积攒的塑性变形量及其释放速率将影响不同加载条件下的总蠕变量和应力指数.     

Cu-Zr／ZrN薄膜体系的电阻率和纳米压入研究

采用磁控溅射方法在Si(111)基片上沉积Cu-Zr／ZrN薄膜体系作为扩散阻挡层。通过比较Cu-Zr／ZrN薄膜体系和三元非晶(Mo，Ta，W)-Si-N的电阻率，同时比较Cu-Zr／ZrN薄膜体系和Ta，TaN的硬度，说明作为扩散阻挡层的材料的选取，应从整体性能上考虑，而不能仅仅考虑热稳定性等单一指标。     

加载速率对Al膜纳米压人蠕变性能的影响

纳米压入仪对Si片上多晶Al膜进行的压入蠕变实验表明，加载方式对Al膜的蠕变性能有明显影响随加载速率和载荷的增大，Al膜的总蠕变量和应力指数均有较大升高．且蠕变初期可能存在异常高蠕变率．分析认为这与是加载过程中未及发生的塑性变形的持续释放有关．对于确定的薄膜材料及组织结构，加载过程中积攒的塑性变形量及其释放速率将影响不同加载条件下的总蠕变量和应力指数。     

晶粒尺寸与保载载荷对Cu膜纳米压入蠕变性能的影响

利用纳米压入仪对Si片上的多晶Cu膜进行压入蠕变研究．实验结果显示晶粒尺寸大于200nm时,应力指数对晶粒尺寸不敏感．当晶粒尺寸小于200nm时,因压头底部更多的晶粒参与变形,应力指数随晶粒尺寸的降低而增大．认为薄膜材料存在一个对应力指数不敏感的最小If缶界晶粒尺寸ιc,Cu膜的应力指数随保载载荷增大而增大,其主要原因在于高载荷下位错强化机制使蠕变率降低。     

LY12铝合金微弧氧化陶瓷膜的纳米压入研究

用纳米压入法测定了LY12铝合金微弧氧化陶瓷膜的硬度H和弹性模量E分布,并探讨了陶瓷氧化膜的生长机理。氧化膜的硬度和弹性模量分别为18GPa-32GPa,280GPa-390GPa。靠近膜／基体界面的氧化膜硬度和弹性模量仍然相当高。H和E沿膜深度的分布都存在一个极大值,并同膜内α-Al2O3含量变化是一致的。其形成原因在于微弧区熔融物在膜不同部位冷却速率差异较大。     

纳米压入技术表征薄膜（涂层）的力学性能

采用纳米压入技术测试薄膜（涂层）的力学性能日益受到关注。测试过程中可自动记录载荷－压深曲线,能够获取薄膜（涂层）的硬度、弹性模量、薄膜（涂层）自身结合强度、膜基界面结合强度、残留应力、屈服强度以及应变硬化率等力学性能数据。本文扼要介绍了纳米压入技术表征薄膜（涂层）力学性能的测试原理。     

衬底温度对溅射法生长Cu-Al-O薄膜性能的影响

使用多晶CuAlO2陶瓷靶，利用射频磁控溅射法沉积Cu-Al-O薄膜。傅立叶变换红外光谱显示薄膜中存在与CuAlO2相关的Cu-O,Al-O和O-Cu-O键。在可见光范围内Cu-Al-O薄膜具有较好的透过性，衬底温度为400℃～500℃时薄膜透过率在60％-70％之间，计算拟合得到Cu-Al-O薄膜的直接和间接带隙能分别为3．52eV和1．83eV左右，与多晶CuAlO2薄膜结果一致。在近室温区薄膜符合半导体热激活导电机制，其电导率随衬底温度的升高先增大后减小，500℃沉积的薄膜导电性较好，室温电导率达到2．36×10^-3S·cm^-1，这可能源于Cu-Al-O薄膜中与CuAlO2相关的键合形成情况的改善。     

镁合金表面磁控溅射DLC/SiC薄膜的纳米压痕与摩擦磨损性能

采用室温磁控溅射技术在镁合金(AZ91D)表面制备出DLC/SiC(类金刚石/碳化硅)双层薄膜(SiC为中间层),研究了薄膜的纳米压痕行为、膜基黏附力和膜基系统的摩擦磨损性能.结果表明:DLC薄膜具有低的纳米硬度(3.05 GPa)、低的弹性模量(24.67 GPa)和高的硬弹比(0.122);膜基系统具有高的界面黏附力和好的摩擦磨损性能;在以氮化硅球为对摩件的室温干摩擦条件下其磨损速率在10~(-6)mm~3·m~(-1)·N~(-1)级,摩擦系数约为0.175.分析表明:膜基系统具有的良好抗磨性能与其薄膜具有高的塑性和硬弹比、膜基系统具有好的弹性模量匹配是相一致的;DLC薄膜具有的不寻常力学行为(很低的硬度和弹性模量等)与其基材是镁有关.     

基片温度对Co掺杂ZnO薄膜室温铁磁性的影响

采用磁控共溅射法在Al2O3(0001)基片上沉积了Zn1-xCoxO(x=0.08～0.3%)薄膜,研究了基片温度对Co掺杂ZnO薄膜结构和磁性的影响.结果表明:Al2O3(001)基片很好地诱导了ZnCoO薄膜(002)取向生长,并且所有的薄膜均显示室温铁磁性.较低的基片温度不仅能有效抑制薄膜中Co2O3杂质相的产生,而且薄膜磁矩较大.紫外-可见光谱也表明,薄膜中Co2 取代了ZnO中Zn2 的位置.     

基于原子力显微镜的薄膜原位压痕力学性能研究

基于原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)建立了一套原位纳米压痕测试系统。该系统可以实现控制带有金刚石(Cube corner)压头的AFM微悬臂梁对样品进行压入实验,并得到载荷-位移曲线,同时可以对压痕过程进行原位SEM实时观察。发展了一种基于AFM微悬臂梁加载和原位SEM压痕图像分析的力学性能测试方法,通过测量压入最大载荷和原位SEM测量压痕残余面积得到塑性薄膜的硬度和弹性模量。利用此方法对磁控溅射硅衬底上纳米晶银薄膜进行了压痕实验,并与Nanoindenter G200型纳米压痕仪实验进行对比研究。结果表明,原位AFM压痕方法具有高的载荷和位移分辨率,可以实现纳牛至微牛级的压痕实验,通过测量压痕面积得到塑性薄膜的硬度值,减小了使用Oliver-pharr方法中软膜硬基底上凸起(Pile-up)效应的影响,计算结果也具有好的测试精度和可靠性。     

直流磁控溅射法在PET基板上制备AZO薄膜

室温下用直流磁控溅射法在PET塑料基板上制备氧化锌薄膜及掺铝氧化锌AZO(ZnO∶Al)薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、四点探针仪、霍尔效应仪及光谱仪等装置,考察了氧分率、溅射功率及铝掺杂量等工艺参数对薄膜微观结构和光电性能的影响.结果表明:AZO薄膜晶体结构为纯ZnO的六角纤锌矿结构.随着Al掺杂量增多,AZO薄膜导电性增加,透光率下降.在氧分率为8.2％,ZnO(40 nm)/Al(6 nm)三层膜条件下,得到电阻率为5.66×10-2Ω·cm,可见光范围内透光率约为80％的AZO薄膜.     

基片温度对铌掺杂ITO透明导电薄膜性能的影响

采用磁控溅射法以铌(Nb)掺杂氧化铟锡(ITO)为靶材制备了厚度为300nm的ITO:Nb薄膜,研究了不同基底温度下,薄膜的结构、导电性和可见光区的透过率。XRD分析表明所制备的ITO:Nb薄膜均为In2O3相;AFM显示ITO:Nb薄膜的均方根粗糙度随着温度的升高逐渐变大;薄膜的电阻率随着温度的升高逐渐减小,在300℃时得到最小值1.2×10-4·cm。电阻率下降主要是因为霍耳迁移率增大和载流子浓度逐渐增加。ITO:Nb薄膜在可见光内的平均透过率均大于87%,且随着温度的升高,吸收边发生"红移",禁带宽度逐渐增加。     

不同氮含量BCN薄膜的微观结构与摩擦学行为

用电弧增强反应磁控溅射方法(AEMS)在高速钢(W18Cr4V)基体上制备出具有耐磨减摩性能的BCN薄膜。用X射线衍射仪(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了氮含量对薄膜微观结构的影响;用显微硬度计和销盘式摩擦磨损仪研究了薄膜硬度和摩擦学行为。结果表明:用AEMS方法制备的BCN薄膜为非晶结构,薄膜中的B-N键的含量随氮含量增加而增加;薄膜中氮含量的增加使薄膜的硬度和摩擦系数升高,磨损率降低。