VN-SiO-,2-和TiAlN-Si-,3-N-,4-納米多層膜的微結(jié)構(gòu)、超硬效應(yīng)與高溫穩(wěn)定性.pdf

1、納米多層膜的高硬度和材料組合的多樣性使其在刀具涂層等表面改性領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，而這類材料通過(guò)微結(jié)構(gòu)強(qiáng)化獲得高硬度的超硬效應(yīng)更具理論研究?jī)r(jià)值。 近年來(lái)的研究表明，利用納米多層膜晶體生長(zhǎng)的“模板效應(yīng)”可以使通常其相沉積條件下以非晶態(tài)存在的材料晶體化，并使多層膜獲得超硬效應(yīng)。然而，采用此方法獲得具有超硬效應(yīng)納米多層膜的具體材料組合仍需進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索。另一方面，由于刀具在服役中要承受很高的溫升，納米多層膜的高溫穩(wěn)定性是這類材料用于生產(chǎn)

2、的關(guān)鍵性能之一。 本文采用反應(yīng)濺射方法制備了VN/SiO2納米多層膜，研究了氣相沉積時(shí)候通常為非晶態(tài)的SiO2和 Si3N4在VN和TiAlN晶體層上的晶化條件以及VN/SiO2、TiAlN/Si3N4納米多層膜的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，超硬效應(yīng)和強(qiáng)化機(jī)制；考察了TiAlN/Si3N4多層膜的高溫穩(wěn)定性。 研究結(jié)果表明： 1．用V靶和SiO2靶在Ar-N2混合氣氛中進(jìn)行反應(yīng)濺射可以方便地制備VN/SiO2納米多層膜。在由此制備

3、的VN/SiO2納米多層膜中，通常以非晶態(tài)存在的SiO2在其厚度小于約1nm時(shí)，因VN晶體層模板效應(yīng)而晶化為NaCl結(jié)構(gòu)的贗晶體，并與VN層形成具有明晰界面的共格外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的柱狀晶，多層膜呈現(xiàn)強(qiáng)烈的（200）織構(gòu)。相應(yīng)地，多層膜的硬度得到顯著提高，最高硬度達(dá)到34GPa。隨著SiO2層厚度的進(jìn)一步增加，SiO2層逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)，破壞了多層膜的共格外延生長(zhǎng)，其硬度也隨之降低。 2. VN層厚度的增加對(duì)納米多層膜的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)影響不

4、明顯，多層膜隨著VN厚度的增加仍保持共格外延生長(zhǎng)方式，多層膜的硬度增量逐步減小，至VN層厚達(dá)37nm時(shí)，多層膜的硬度與VN單層膜相當(dāng)。由于反應(yīng)濺射VN具有很高的沉積效率，利用在Ar-N2氣氛中制備高硬度氮化物/氧化物納米多層膜方法具有廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景。 3. 在TiAlN/Si3N4納米多層膜中，NaCl結(jié)構(gòu)的TiAlN模層可以使Si3N4 在小于0.9nm時(shí)形成晶體態(tài)，并與晶體層形成共格外延生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，TiAlN/Si3N4多