氮化鋁鈦及其摻硅硬質(zhì)膜的研究.pdf

1、本文利用多弧離子鍍(Arc ion plating,AIP)技術(shù),制備了不同沉積參數(shù)的AlTiN和TiAlSiN納米多層薄膜,利用X射線衍射(XRD)、X射線光電子能譜(XPS)、電子能譜(EDS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)等表征手段對薄膜微結(jié)構(gòu)和表面形貌進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,采用納米壓痕儀、劃痕儀和摩擦實(shí)驗(yàn)對薄膜硬度、結(jié)合力、摩擦性能進(jìn)行了研究,并利用真空退火和差示掃描量熱法(DSC)試驗(yàn)研究了薄膜的熱穩(wěn)定性能。

2、研究結(jié)果如下:
　　AlTiN薄膜主要由(Al, Ti)N相組成,薄膜在垂直于基體方向呈現(xiàn)柱狀生長。當(dāng)?shù)獨(dú)夥謮簽?.7 Pa時,薄膜中出現(xiàn)了AlTi3N和TiAlx;AlTiN薄膜表面顆粒密度隨著負(fù)偏壓和氮?dú)夥謮旱纳叨档?薄膜具有較高的硬度,均超過22 GPa。當(dāng)負(fù)偏壓為-250 V時,最大硬度達(dá)到45 GPa。負(fù)偏壓為-150 V條件時薄膜的結(jié)合力最大,高達(dá)77 N。當(dāng)負(fù)偏壓和氮?dú)夥謮悍謩e為-150 V和1.2 Pa時,薄膜

3、具有較好的摩擦性能。AlTiN薄膜在真空退火過程中形成了AlTix和N2;c-(Al, Ti)N經(jīng)過調(diào)幅分解反應(yīng)形成 c-TiN和c-AlN,且隨著溫度的升高,亞穩(wěn)的c-AlN轉(zhuǎn)變成熱力學(xué)上更穩(wěn)定的h-AlN。AlTiN薄膜在900℃時具有較高的熱穩(wěn)定性。
　　沉積態(tài) TiAlSiN納米多層薄膜中存在著晶化的SiNx相和c-AlSiN相,c-AlSiN相導(dǎo)致納米 c-TiN層和h-AlSiN層共格外延生長,薄膜的硬度高達(dá)52 GP