双束溅射淀积DLC膜的结构表征和性能分析

用双离子束溅射淀积法,在轰击源含不同 CH_4流量比的条件下,于玻璃和 Si 基片上淀积了DLC 薄膜。用多种手段对所制备的膜进行了结构表征和性能分析。结果表明,轰击源中 CH_4流量比对DLC 膜的结构、形貌及其光、电性能有重要的影响。分析了影响机制,探讨了 DLC 膜的生长机理。     

类金刚石碳膜的结构特性与耐磨性能

采用双离子束增强沉积（IBED）和离子束直接沉积（IBD）技术，在CHn 能量为200~550eV和3～25keV范围内沉积的类金刚石薄膜具有光滑平坦的表面和非晶结构。X光电子谱和Raman光谱分析、以及显微硬度测量的结果表明，随着轰击离子能量的降低，薄膜的金刚石特性增强；在200～550eV能量范围内制备的DLC膜具有明显的sp3键特征和很高的显微硬度。沉积在GCr15钢上的DLC膜与GCr15钢的摩擦学对比实验表明，DLC膜具有很低的摩擦系数、比磨损率和高的抗磨损指数，这证明采用上述两种方法制备的DLC膜具有优良的抗摩擦磨损性能。     

离子束增强沉积制备TiB_2薄膜及其性能研究

用离子束增强沉积法（IBED）在硅及铜基体上沉积了TiB2薄膜，研究了轰击离子束能量和束流对薄膜的微结构及力学性能的影响。用俄歇电子谱（AES）分析了膜的成分及其界面状况，用X射线衍射（XRD）研究了膜的微结构，并测定了膜的硬度及进行了膜的高温氧化试验。结果指出：（1）离子束轰击使薄膜晶化，从而影响到膜的硬度及抗高温氧化性能；（2）离子束增强沉积的二硼化钛薄膜是一种耐高温氧化的高硬膜。     

脉冲N离子束轰击对TiAIN膜层和W18Cr4V高速钢结合力的影响

用电弧离子镀在刀具表面制备TiAlN膜层有利于提高其硬度和耐磨性能,但却降低了膜基结合力,影响其使用寿命。采用UVN0．5D2I脉冲离子束辅助电弧离子镀沉积设备,在W18Cr4V高速钢基材上沉积TiAlN膜层。研究了基材N离子束轰击及在膜层沉积过程中N离子束辅助轰击对TiAlN膜层结合力的影响。结果表明：膜层沉积之前,N离子轰击与基材原子发生了相互作用,造成了原子级洁净的表面,形成了大量的高密度形核点,且形成了含有N元素的改性层;在膜层沉积初期,脉冲N离子束轰击形成了由W,Cr,V,Fe,N,Ti,Al元素组成的具有一定厚度的“扩散层”,其与“改性层”的共同作用是膜基结合力提高的主要原因,膜基结合力最高为80N。     

脉冲N离子束轰击对TiAlN膜层和W18Cr4V高速钢结合力的影响

用电弧离子镀在刀具表面制备TiAlN膜层有利于提高其硬度和耐磨性能,但却降低了膜基结合力,影响其使用寿命。采用UVN 0.5D2I脉冲离子束辅助电弧离子镀沉积设备,在W18Cr4V高速钢基材上沉积TiAlN膜层。研究了基材N离子束轰击及在膜层沉积过程中N离子束辅助轰击对TiAlN膜层结合力的影响。结果表明:膜层沉积之前,N离子轰击与基材原子发生了相互作用,造成了原子级洁净的表面,形成了大量的高密度形核点,且形成了含有N元素的改性层;在膜层沉积初期,脉冲N离子束轰击形成了由W,Cr,V,Fe,N,Ti,Al元素组成的具有一定厚度的"扩散层",其与"改性层"的共同作用是膜基结合力提高的主要原因,膜基结合力最高为80 N。     

离子束增强沉积制备TiB2薄膜及其性能研究

用离子束增强沉积法（ＩＢＥＤ）在硅及铜基体上沉积了ＴｉＢ２薄膜，研究了轰击离子束能量和束流对薄膜的微结构及力学性能的影响。用俄歇电子谱（ＡＥＳ）分析了膜的成分及其界面状况，用Ｘ射线衍（ＸＲＤ）研究了膜的微结构，并测定了膜的硬度及进行膜的高温氧化试验。结果指出：（１）离子束轰击使薄膜晶化，从而影响到膜的硬度及抗高温氧化性能；（２）离子呸增强的二硼化钛薄膜是一种耐高温氧化的高硬膜。     

氢离子束对Mo-Si多层膜界面改性的研究

为了研究氢离子束轰击Mo-Si多层膜界面的情况，采用氢离子束（能量150eV）轰击Si表面，即Si与Mo之界面。再用Kr离子束溅射刻蚀，并用俄歇电子能谱（AES）分析。实验结果说明氢离子束对Si表面轰击能有效防止界面混杂效应（intermixingeffect）。进而说明这是制备软X射线多层膜反射镜过程中解决界面混杂问题的有效途径。     

等离子体基脉冲偏压沉积DLC膜的氢分布和氢含量

用核反应分析方法,对等离子体基脉冲偏压沉积DLC膜的氢分布和氢含量进行了较系统的研究.结果表明,用等离子体基脉冲偏压沉积技术可获得较低氢含量的DLC膜;其氢含量范围约为6at％～17at％,且氢沿膜厚是均匀分布的,随等离子体密度及离化率降低,DLC膜的氢含量增加,荷能离子对生长表面的轰击具有较强的析氢作用,工作气体中引入氢气促进DLC膜中氢的析出.     

离子轰击能量对ZrN/TiAlN纳米多层膜性能的影响

使用超高真空离子束辅助沉积系统(IBAD)制备一系列具有纳米调制周期的ZrN/TiAlN多层膜,研究了离子辅助轰击对薄膜性能的影响.结果表明:离子辅助轰击使大部分ZrN/TiAlN多层膜的纳米硬度和弹性模量值高于两种个体材料硬度的平均值;离子的轰击和薄膜表面原子与轰击离子之间的动量传输提高了薄膜的致密度;当轰击能量为200 eV时,多层膜的硬度最高(30.6 GPa),弹性模量、表面粗糙度和摩擦系数等也明显改善.     

氢离子束对Mo—Si多层膜界面改性的研究

为了研究氢离子束轰击Ｍｏ－Ｓｉ多层膜界面的情况，采用氢离子束（能量１５０ｅＶ）轰击Ｓｉ表面，即Ｓｉ与Ｍｏ之界面，再用Ｋｒ离子束溅射刻蚀，并用俄歇电子能谱（ＡＥＳ）分析，实验结果说明氢离子束对Ｓｉ表面轰击能有效防止界面混杂效应，进而说明这是制备软Ｘ射线多层膜反射镜过程中解决界面混杂问题的有效途径。     

离子束沉积类金刚石膜作为太阳电池减反射涂层研究

利用低能离子束技术,把甲烷(CH_4)气体离解,在石英和单晶硅片表面沉积类金刚石膜(DLC膜),研究了该膜在可见光区的光学特性与沉积参数的关系。在单晶硅太阳电池表面,沉积DLC膜作为减反膜及保护膜的研究,获得了有减反膜的单晶硅太阳电池效率比无减反膜电池效率提高了28%以上的结果。     

镀膜参数对离子束增强沉积氮化硼薄膜中立方相含量的影响

本文介绍用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）法在硅片上制备氮化硼（ＢＮ）薄膜及镀膜参数对膜中立方氮化硼（ｃ－ＢＮ）含量的影响的试验研究，主要研究轰击离子束密、镀膜速率、轰击束中氩气的含量及衬底温度的影响。用红外（ＩＲ）谱对膜进行了分析，结果指出：（１）在给定的轰击束能量与束密下氮化硼薄膜中立方相的含量是随镀膜速率而变化的，且存在一个最佳镀膜速率值；（２）提高离子轰击束密，则此最佳镀膜速率值也相应增大；（３）镀膜速率又是随轰击束密及轰击束中氩气含量的增大而减小的；（４）衬底温度在４００℃以下时，膜中ｃ－ＢＮ相的含量随温度提高而增加。     

新型工艺制备ZnO薄膜的结构与形貌研究

采用了一种新型工艺制备ZnO薄膜。新工艺采用二步法,首先在N型Si(100)衬底上用离子束沉积溅射一层金属Zn膜,然后通过热氧化金属Zn膜制备ZnO薄膜。通过X射线衍射、原子力显微镜对不同制备工艺下的ZnO薄膜进行结构与形貌的分析比较。研究表明,Zn膜的离子束溅射沉积时间、热氧化时间和辅助枪的离子束对热氧化后的ZnO薄膜再轰击处理对ZnO薄膜的结构与形貌都会产生影响。     

离子束溅射铜钨薄膜的结构

为了进一步探讨离子束溅射铜钨薄膜的结构,在铁片上离子束溅射铜钨薄膜,研究了轰击离子束能量及低能辅助轰击方式对薄膜相结构和厚度的影响.结果表明:随轰击铜靶离子束能量增加,钨由近似非晶亚稳态转变成晶态;由于溅射粒子落到基片前的反射效应,薄膜中间比边缘薄,且随轰击铜靶离子束能量增加,薄膜变薄到一定程度时开始增厚;当使用低能辅...     

阳极离子束在SKD11和YG6基体上沉积DLC膜及其机理

利用阳极离子束技术在SKD11型不锈钢和YG6硬质合金上沉积类金刚石(DLC)薄膜,采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、Raman光谱分析薄膜微观结构和表面形貌;采用WS-2005型附着力划痕仪和洛氏压力机测试膜基结合强度;采用球磨仪测试膜层耐磨性能。结果表明:利用该技术所制DLC膜是一种非晶结构、表面平整的薄膜,粗糙度R a值仅为5.21nm。DLC/Cr/SKD11膜系Raman光谱I D/I G值(0.69)高于DLC/Cr/YG6膜系(1.54),说明SKD11高于YG6所制膜层的sp3C键含量;DLC/Cr/SKD11膜系结合强度(17.8 N)低于DLC/Cr/YG6膜系(39.2 N),且DLC/Cr/YG6膜系的洛氏压痕周围仅有放射状微细裂纹,而DLC/Cr/SKD11膜系的压痕周围存在膜层脱落现象;沉积在SKD11与YG6基体上DLC膜的单位磨损率分别为1.40E-4和8.81E-5,说明YG6基体上DLC膜层的耐磨性要优于SKD11基体上的DLC膜层。由此看出,不同基体上制备的DLC膜层微观结构不同,导致结合性能及耐磨性能不同。     

脉冲偏压对等离子体沉积DLC膜化学结构的影响

以乙炔为气源，用等离子体基脉冲偏压沉积（plasma based pulsd bias deposition缩写PBPBD）技术进行了不同负脉冲偏压条件下制备DLC膜的试验，通过X射线光电子谱（XPS）、激光喇曼光谱[Raman]以及电阻分析方法考察了负脉冲偏压幅值对DLC膜化学结构的影响，结果表明由-50kV到-10kV随负脉冲偏压降低，DLC膜中SP^3键分数单调增加，但当脉冲偏压为0时形成高电阻的类聚合物膜，说明荷能离子的轰击作用形成DLC化学结构的必要条件，键角混乱度和SP^2簇团尺寸与脉冲偏压之间不具有单调关系，在中等幅值负脉冲偏压条件下，键用混乱度较大且SP^2簇团尺寸细小。     

MAO层厚度对MAO/DLC复合膜层力学性能与摩擦学特性的影响

借助直流脉冲微弧氧化(MAO)电源,采用恒压模式在AZ80镁合金表面制备四种不同厚度MgO陶瓷层,并以此为基,采用离子束复合磁控溅射技术沉积类金刚石碳(DLC)膜,对比研究了四种膜层体系(MAO-1min/DLC、MAO-3min/DLC、MAO-5min/DLC及MAO-10min/DLC)的表面结构特征、力学性能以及摩擦学性能差异。结果表明:随MAO层厚度增加,复合膜层表面微孔的孔径增大,表面粗糙度增加,且表层DLC膜具有颗粒特征,表现为MAO-3min/DLC及MAO-10min/DLC复合膜层具有较高的纳米硬度和弹性模量,且在磨损过程中对应的摩擦系数与磨痕宽度较小,其抗磨损性能优异;各复合膜层体系在磨损过程中摩擦系数均有波动,产生高温氧化,磨痕表面形成了Fe的转移层;MAO层可提高基体对DLC膜的支撑强度,表层DLC膜对磨损界面具有的润滑作用是复合膜层改善镁基体抗磨损性能之原因所在。     

DLC膜厚度对镁基表面DLC/MAO复合膜层性能的影响

采用线性离子束沉积技术于AZ80镁合金微弧氧化(MAO)陶瓷层表面沉积不同厚度的类金刚石碳(DLC)膜,形成DLC/MAO复合膜层。对比研究4种膜基系统的表面结构特征、力学性能以及摩擦学性能差异。结果表明:随DLC膜厚度增加,复合膜层表面微孔数量减少,孔径减小,但凹凸不平趋势增加,且DLC膜表面颗粒特征更加明显,表现为DLC-80min/MAO/AZ80膜基系统具有最小的表面粗糙度,最大的硬度H、弹性模量E及H/E值;不同厚度DLC/MAO/AZ80膜基系统平均摩擦因数较MAO/AZ80显著降低;DLC膜厚度增加导致3种复合膜基系统的表面微观结构改变,使得摩擦因数与磨痕形貌存在差异;各膜基系统表面磨痕处均形成了Fe的转移层,由于表层DLC膜"裸露"的大量C对磨损界面具有很好的润滑作用,而使得镁合金基体获得有效保护。     

不锈钢表面沉积DLC膜的结构和性能

应用线性离子束复合磁控溅射技术在不锈钢和硅片基体上制备DLC膜,研究了基体偏压和过渡层的厚度和结构对DLC薄膜结构和性能的影响。结果表明,在过渡层相同偏压为-200 V的条件下,薄膜中的sp3键含量更低,但是薄膜结构致密性的提高使其硬度和膜基结合力反而提高;在偏压为-200V的条件下,随着过渡层厚度及层数的增加DLC薄膜中sp3含量均降低,同时过渡层和多层薄膜的硬度减小;在偏压为-100V条件下,过渡层厚度和层数对DLC薄膜sp3的含量没有明显的影响。当过渡层厚度为1.7μm、结构为Cr/CrC时,在11Cr17不锈钢基体上可制备出厚度为4.92μm、硬度为29.4 GPa、摩擦系数小于0.1、结合力高于70 N综合性能最佳的DLC薄膜。     

SSD-1型双束离子束镀膜装置

一、引言离子束镀膜是利用从离子源引出的带能离子束,在无场的高真空(10~(-4)～10~(-5)托)环境中轰击所选择的靶材,溅射出二次原子,沉积在工件上成膜。离子束镀膜具有控制精确、成膜致密、结合力高、低温生长而且可以镀制任意材料膜的优点。为了进一步提高镀膜质量,开展离子束辅助沉积,我们设计了一台SSD-1型双离子束镀膜装置。