MoS2/Zr复合薄膜的制备工艺研究

采用中频磁控溅射及多弧离子镀相结合的复合镀膜工艺,在硬质合金YT14基体上制备了MoS2/Zr复合薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)考察了复合薄膜表面及截面的形貌,利用能谱分析(EDX)薄膜的成分组成.研究了沉积温度、基体负偏压及Zr电流等沉积工艺参数对复合薄膜的结合力、显微硬度、厚度等性能的影响.结果表明:沉积工艺参数对MoS2/Zr复合薄膜的性能影响很大,合理选择沉积工艺参数能够明显提高和改善复合薄膜的性能,并分析了沉积参数对性能的影响机理.在本实验条件下,最佳沉积工艺参数为:沉积温度200 ℃,基体偏压180 V,Zr电流30 A,制备的MoS2/Zr复合薄膜结构致密,其结合力约为60 N,厚度约为2.4 μm,显微硬度约为HV900.     

AFM分析磁控溅射法制备的TiO2纳米薄膜

采用磁控反应溅射法,在室温条件下制备了TiO2纳米薄膜,用原子力扫描显微镜(AFM)分析考察了溅射功率、溅射时真空室压力等工艺参数对薄膜结晶状态、晶粒尺寸的影响.实验结果表明,在室温下,只有溅射功率大于100W以上时,才能形成粒子结晶完全的纳米薄膜,随着溅射功率的增加,真空室溅射气压的降低,薄膜中TiO2粒子尺寸显著增大;随着溅射时间的延长,薄膜厚度增加.并根据溅射薄膜的成膜机理,讨论了实验工艺参数对薄膜微结构的影响.     

工艺参数对反应磁控溅射TiN薄膜硬度的影响

采用反应磁控溅射工艺,在W18Cr4V高速钢基片上制备TiN薄膜;运用正交设计方法选取工艺参数,研究溅射电流、N_2流量、Ar流量、负偏压等工艺参数对TiN薄膜硬度的影响;并进一步研究了负偏压对薄膜硬度影响。结果表明,各参数对硬度的影响次序由大到小依次为:负偏压、N_2流量、溅射电流、Ar流量。当负偏压小于100V时,负偏压可增加离子对基片的轰击作用,提高致密度,从而提高薄膜硬度;当负偏压大于100V时,过强的离子轰击使薄膜产生更多的缺陷,使薄膜硬度降低。     

SiC薄膜力学性能研究

采用射频磁控溅射法制备了多组SiC薄膜样品。用Alpha-Step IQ台阶仪测量了SiC薄膜的厚度，用MHT-4显微硬度仪测量了维氏硬度，用AFM分析了薄膜的表面形貌。结果表明，溅射功率影响薄膜的硬度；适当加大溅射功率，有利于SiC薄膜的生长；存在一个薄膜生长最优化功率窗口；超过功率窗口后继续加大功率，导致沉积层的反溅射率增大，影响薄膜的良好生长。针对薄膜中的应力存在问题提出了相应的解决方法，并用原子力显微镜（AFM）观察薄膜表面形貌，从形貌方面来分析溅射功率对硬度的影响。     

沉积温度对中频磁控溅射制备含氢非晶碳膜表面形貌和力学性能的影响

作为红外窗口的保护层,含氢非晶碳膜(a-C:H)是薄膜材料研究的热点.本文利用中频非平衡磁控溅射技术,以氩气和甲烷混合气体为工作气体,在单晶硅片上沉积含氢的a-C:H膜.改变沉积温度,制备常温和加温到80℃、120℃、150℃四种不同的溅射温度下沉积的a-C:H膜,发现薄膜的表面形貌、纳米硬度与沉积温度的变化不是成简单的线性关系.用Raman和F1TR分析了引起a-C:H膜表面形貌和力学性能变化的原因.结果表明,Raman和FITR分析表明基体温度为80℃以上沉积的膜中化学结构是以sp2键和C-H键非刚性键约束的聚合物结构为主,不能形成三维网络结构,对硬度的贡献几乎为零,所以硬度最低;常温时沉积,薄膜中含氢量低,正四面体的sp2结构增加,薄膜的硬度和弹性都增大.     

正交实验法优化六方氮化硼薄膜的制备工艺

采用射频磁控溅射法,在Si(100)衬底上制备了适用于声表面波(SAW)器件的氮化硼(BN)薄膜。通过正交实验法,以薄膜中六方相的纯度和取向为指标,优化了磁控溅射方法制备六方BN(h-BN)薄膜的工艺条件。利用傅里叶变换红外光(FTIR)谱和X射线衍射(XRD)谱对薄膜进行了表征,实验结果表明,溅射功率为300W、无衬底负偏压、温度为400℃和N2∶Ar=7∶8vol.%时可以制备出高纯度且高c-轴择优取向的h-BN。     

AFM分析磁控溅射法制备的TiO2纳米薄膜

采用磁控反应溅射法，在室温条件下制备了TiO2纳米薄膜，用原子力扫描显微镜(AFM)分析考察了溅射功率、溅射时真空室压力等工艺参数对薄膜结晶状态、晶粒尺寸的影响．实验结果表明，在室温下，只有溅射功率大于100W以上时，才能形成粒子结晶完全的纳米薄膜，随着溅射功率的增加，真空室溅射气压的降低，薄膜中TiO2粒子尺寸显著增大；随着溅射时间的延长，薄膜厚度增加．并根据溅射薄膜的成膜机理，讨论了实验工艺参数对薄膜微结构的影响。     

基于多弧离子镀基体负偏压对复合膜层性能的影响

采用多弧离子镀技术在齿轮材料40Cr基体上制备Ti/N与Ti/Al/N复合膜层.在一定范围内改变基体负偏压,观察相应膜层的形貌和性能变化,分析基体负偏压对膜层表面形貌、膜层厚度、膜基结合力及显微硬度的影响,得出基体负偏压设计范围内的一个最佳值,以获得膜层最优性能.实验表明,在一定范围内,膜层的性能随基体负偏压增加先增强后减弱.     

脉冲负偏压对TiN-Cu复合膜结构与性能的影响

为了研究薄膜的生长过程对薄膜结构和性能的影响并促进该类薄膜的商业应用,利用电弧离子镀在不同脉冲负偏压下沉积了TiN-Cu复合膜,并对其表面形貌、晶体结构、能谱、硬度、结合强度和耐磨性进行研究.结果表明,在50~300 V范围内,随脉冲负偏压值增加,沉积薄膜中Cu原子分数逐渐减少;薄膜中最大的Cu原子分数低于Cu-Ti合金靶中Cu原子分数.沉积膜中TiN相存在明显的(111)晶面织构,并且脉冲负偏压值增大,薄膜的织构程度增加.脉冲负偏压值增加,沉积的TiN-Cu复合膜的硬度和耐磨性降低,但结合强度增加.沉积膜结构与性能的变化与脉冲偏压引起薄膜中Cu原子分数的变化有一定关系.     

特种硬质薄膜的制备

本文采用热阴极离子镀技术在GCr15基体上制备了CrNx薄膜,利用X射线衍射（XRD）方法和显微硬度分析方法对所制备的样品进行了结构分析和性能测试。结果表明沉积薄膜工艺参数,如基体偏压和N2分压等对薄膜的结构和性能有重要影响。在本试验条件下,获得的样品表面硬度值最高可达HV2338。