反應(yīng)共濺射Ti-Si-N納米復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、TiN薄膜因其高硬度、高耐磨性、高熔點(diǎn)等優(yōu)良性能，在磨具、機(jī)械、航空等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。通過向薄膜中添加Al、Si等元素可以改善薄膜的性能來滿足日益增長的需求。在過去的幾十年里，Ti-Si-N納米復(fù)合膜由于優(yōu)異的機(jī)械性能已引起了廣泛的關(guān)注。然而薄膜的最佳結(jié)構(gòu)和性能難以獲得，因此對(duì)薄膜制備工藝的研究仍具有重要意義。
　　本文利用反應(yīng)磁控共濺射技術(shù)，在不同的工藝條件下制備了Ti-Si-N納米復(fù)合膜。利用X射線衍射、原子力顯微鏡和場發(fā)

2、射掃描電鏡對(duì)薄膜的相結(jié)構(gòu)與表面微觀形貌進(jìn)行了分析；利用劃痕法、納米壓痕技術(shù)對(duì)薄膜的力學(xué)性能進(jìn)行了測量；用電化學(xué)技術(shù)探究了Ti-Si-N納米復(fù)合膜的工藝參數(shù)對(duì)薄膜耐腐蝕性能的影響。
　　研究了Si靶功率對(duì)Ti-Si-N納米復(fù)合膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，結(jié)果表明：Si3N4是以非晶態(tài)的形式出現(xiàn)在薄膜中。隨著Si靶功率的增加，薄膜的擇優(yōu)取向由（111）晶面轉(zhuǎn)變?yōu)椋?00）晶面，晶粒尺寸先減小后增大。薄膜表面變得更加光滑致密，薄膜的膜基結(jié)合力、

3、硬度以及耐腐蝕性隨Si靶功率的增加逐漸變好。但過高的Si靶功率會(huì)使薄膜性能下降。
　　研究了基體溫度（100℃~400℃）對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，結(jié)果表明：薄膜在低溫條件下晶粒尺寸較小但表面的大顆粒較多，表面粗糙度較大。隨著溫度的升高，晶粒尺寸略有增加，但表面顆粒均勻，平整度增加?；w溫度在300℃時(shí)，薄膜的膜基結(jié)合力最大為46N，硬度值也達(dá)到最大值為23.0GPa，腐蝕性也最好。溫度繼續(xù)增加，薄膜中部分晶粒尺寸迅速增加，相關(guān)力學(xué)

4、性能和抗腐蝕性能降低。
　　研究了負(fù)偏壓對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，結(jié)果表明：隨著負(fù)偏壓的增加，薄膜中TiN(111)晶面衍射峰減弱，（200）晶面衍射強(qiáng)度增強(qiáng)；薄膜的平均晶粒尺寸和表面粗糙度先減小后增大。在負(fù)偏壓為-120V時(shí)薄膜的平均晶粒尺寸最小，為8.6nm，薄膜的膜基結(jié)合力和耐腐蝕性能最好。在負(fù)偏壓為-80V時(shí)，薄膜表面粗糙度最小，為3.63nm。
　　通過探究N2流量對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響發(fā)現(xiàn)：薄膜擇優(yōu)取向?yàn)椋?00）