含AlN納米多層膜的生長結(jié)構(gòu)和超硬機(jī)制研究.pdf

1、以TiN為代表的硬質(zhì)陶瓷薄膜作為刀具涂層取得了巨大的成功，有力地推動了制造業(yè)的發(fā)展。高速、干式切削等加工技術(shù)的進(jìn)步對刀具涂層提出了更高的要求。納米多層膜的高硬度以及能夠通過材料組合獲得其它優(yōu)異性能的可裁剪性，使其成為一類具有廣泛應(yīng)用潛力的涂層材料。而其通過微結(jié)構(gòu)的設(shè)計獲得高硬度的強(qiáng)化機(jī)制更具理論研究價值。 已有的研究表明，在很多多層膜中，一種調(diào)制層在一定條件下會使另一調(diào)制層發(fā)生相轉(zhuǎn)變，如TiN/SiO2多層膜中，非晶層的SiO2

2、在厚度低于約1nm時在立方TIN膜板層的作用下晶體化為與TiN結(jié)構(gòu)相同的贗晶。但目前關(guān)于非晶晶化的研究主要集中在以立方氮化物為模板的納米多層膜體系中，對于以其他晶體結(jié)構(gòu)調(diào)制層為膜板層的多層膜體系的研究卻鮮有報道。 本文采用反應(yīng)濺射方法制備了TiN/AlON納米多層膜，采用化合物靶濺射制備了AlN/TiB2納米多層膜。研究了原為非晶態(tài)的AlON和TiB2調(diào)制層在立方結(jié)構(gòu)TiN和六方結(jié)構(gòu)AlN晶體層“模板作用”下的晶化條件，以及非晶

3、層晶化對納米多層膜生長結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。論文還提出了一種測量金屬基體上硬質(zhì)薄膜內(nèi)應(yīng)力的應(yīng)力釋放測量法。 研究結(jié)果表明： 1．在采用氧化物Al2O3靶在Ar、N2混合氣氛中通過反應(yīng)濺射制備TiN/AlON納米多層膜的過程中，濺射的 Al2O3分子中的氧原子會部分被氮原子所取代，形成非晶態(tài)的AlON化合物。 2．TiN/AlON納米多層膜中，AlON在層厚小于0.6 nm時被強(qiáng)制晶化并與TiN形成共格外延生長結(jié)構(gòu)

4、，多層膜產(chǎn)生硬度升高的效應(yīng)，最高硬度達(dá)40.6GPa；進(jìn)一步增加其層厚，AlON向非晶態(tài)轉(zhuǎn)變，從而破壞多層膜的晶體生長，多層膜的硬度隨之降低。由于具有很高的沉積速率，這種采用反應(yīng)濺射制備高硬度TiN/AlON納米多層膜的技術(shù)有望用于工業(yè)生產(chǎn)。 3．AlN/TiB2納米多層膜中，由于AlN的膜板作用，原為非晶態(tài)的TiB2層在小厚度時被強(qiáng)制晶化，并與h-AlN形成共格外延生長結(jié)構(gòu)。多層膜的硬度獲得提高，最高達(dá)到30.5GPa。厚度繼