射頻磁控濺射制備TiB-,2--TiAlN納米多層膜和BaTiO-,3-薄膜的研究.pdf

1、本文利用超高真空射頻磁控濺射系統(tǒng)在Si(100)基底上設(shè)計合成TiB2/TiAIN納米多層膜和BaTiO3薄膜。利用表面輪廓儀(XP-2)和納米力學(xué)測試系統(tǒng)研究了薄膜的力學(xué)性能(包括薄膜的硬度、彈性模量以及薄膜與基底的結(jié)合強(qiáng)度)；通過X射線衍射分析了薄膜的微觀結(jié)構(gòu)；利用摩擦磨損儀研究了薄膜的耐磨性；討論了不同工藝參數(shù)對薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。 在TiB2/TiAIN納米多層膜的研究中，分析了調(diào)制周期、調(diào)制比例對多層膜的結(jié)構(gòu)和性能的

2、影響。高角度XRD研究表明：TiB2顯示出典型的六方結(jié)構(gòu)，TiB2(001)擇優(yōu)取向較強(qiáng)，TiAIN單層膜顯示出典型的面心立方結(jié)構(gòu)，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的(111)擇優(yōu)取向。多層薄膜中顯示了明顯的TiB2(001)，tIAIN(111)和AIN(111)織構(gòu)，說明多層膜形成了很好的調(diào)制結(jié)構(gòu)。納米硬度和劃痕測試表明TiB2/tiAIN多層膜的硬度、彈性模量和膜基結(jié)合力都比單質(zhì)膜有所提高。當(dāng)調(diào)制周期為25nm，TiB2和TiAIN的調(diào)制比例為5:2時

3、，薄膜具有最高的硬度(約36 GPa)、彈性模量(403.6 GPa)和臨界載荷(31.2 mn)。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)表明大多數(shù)TiB2/TiAIN多層膜的耐磨性都要優(yōu)于TiB2、TiAIN單層薄膜。實(shí)驗(yàn)設(shè)計的調(diào)制周期與小角XRD算出的周期值符合的較好。 對于TiB2/TiAIN組成的納米多層膜體系，以前的文獻(xiàn)鮮有報道。本文的結(jié)果表明，利用超高真空射頻磁控濺射沉積技術(shù)，通過控制合適的工藝參數(shù)，合成具有高硬度、高模量、高膜基結(jié)合力和低應(yīng)

4、力的TiB2/TiAIN納米多層膜是可以實(shí)現(xiàn)的。本研究可望應(yīng)用于新的刀具涂層材料，對于提高刀具的切削速率，延長刀具的使用壽命，探索新的超硬材料和擴(kuò)大納米多層膜的工業(yè)應(yīng)用范圍具有一定的意義。 利用射頻磁控濺射技術(shù)制備了一系列不同基底溫度的BaTiO3薄膜。X射線衍射儀、表面輪廓儀及納米力學(xué)測試系統(tǒng)研究了基底溫度對BaTiO3薄膜結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。大部分薄膜中出現(xiàn)了BaTiO3(101)、BaTiO3(200)和BaTiO3(2