多靶磁控共濺制備TiN-Ag納米復合膜和TiN-Ag-TiN多層膜的研究.pdf

1、本文利用磁控濺射技術在Si(100)基底、不銹鋼基底和鈦合金基底上合成TiN薄膜、TiN-Ag復合膜和TiN-Ag/TiN納米多層薄膜。利用表面輪廓儀、納米力學測試系統(tǒng)，研究薄膜的表面硬度、彈性模量、應力和薄膜與基底的結合力;通過X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)研究了薄膜的微觀結構;通過X射線光電子能譜(XPS)研究薄膜成分信息。探究實驗條件對薄膜的微觀結構、成分及力學性能的影響，找出最佳制備工藝。在研究TiN薄膜和TiN

2、-Ag復合膜的基礎上制備TiN-Ag/TiN納米多層薄膜，試圖在保持良好力學性能的同時具有較好的細胞相容性。希望其應用于人體種植牙、椎間融合器等生物醫(yī)學環(huán)境中。
　　使用TiN化合物靶通過磁控共濺射方法在Si(100)基底和不銹鋼基底上制備TiN膜。探索了工作氣壓、基底溫度和基底負偏壓對薄膜晶相結構與力學性能的影響。XRD結果表明在工作氣壓為0.5 Pa下，適當的基底溫度并且較高的基底負偏壓時薄膜呈現(xiàn)TiN(111)擇優(yōu)取向，有利

3、于提高薄膜的硬度。當基底負偏壓為-130 V，基底溫度為300℃時，薄膜具有最高的硬度36.0 GPa和彈性模量426.9GPa，此時臨界載荷42.3 mN。
　　利用多靶共濺沉積系統(tǒng)制備了TiN-Ag納米復合薄膜，主要分析了基底負偏壓，Ag的功率對薄膜結構、力學性能和水接觸角的影響。XRD結果表明當基底偏壓較低時出現(xiàn)了Ti2N(112)衍射峰，而Ag功率較低時主要呈現(xiàn)TiN(111)擇優(yōu)取向。當提高Ag的功率時或基底偏壓時，除了

4、TiN(111)衍射峰，還出現(xiàn)了Ag的多種衍射峰，包括Ag(111)、Ag(200)、Ag(220)等。從SEM斷面圖中可看到平行的柱狀結構，當偏壓較高時結構變得疏松。XPS結果表明復合膜中Ag元素將會以單質的形式存在，而Ti元素除了和N元素結合外，還會與膜中混有的O元素結合形成Ti-O鍵。通過對TiN薄膜和TiN-Ag復合膜的水接觸角的測試，TiN具有疏水性，但加入Ag元素的TiN-Ag復合膜的接觸角大幅減小，轉變?yōu)橛H水性材料。另外，

5、在Ag的功率為3W時薄膜硬度和彈性模量達分別到最高的33.5 GPa和388.5 GPa。
　　利用多靶共濺沉積系統(tǒng)制備了TiN-Ag/TiN多層膜，XRD和SEM分析顯示TiN-Ag/TiN形成了多層結構，并出現(xiàn)了Ti4N3-x(101)和Ti2N(200)衍射峰，周期為30時的多層膜硬度和彈性模量達到最大值，分別為17.2 GPa和242.2 GPa。薄膜均表現(xiàn)為親水性，通過大鼠成骨細胞相容性實驗，結果表明鍍有TiN-Ag/T