磁控濺射法制備鐵磁形狀記憶合金Ni-Mn-Ga薄膜的性能研究.pdf

1、鐵磁形狀記憶合金Ni—Mn—Ga是一種新型的智能材料，最突出的應(yīng)用功能在于它的馬氏體變體可以由外加磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)重新排列而顯示出類似于磁致伸縮效應(yīng)的宏觀應(yīng)變。但是由于塊體材料的響應(yīng)速率較慢且脆性高，很難切割成較小的塊，在一定程度上限制了它的應(yīng)用，最近，有人研制了做為驅(qū)動(dòng)材料的形狀記憶合金薄膜，很好的解決了這個(gè)問題。 本文采用微波ECR射頻磁控濺射技術(shù)在Si(100)基片、Ni—Mn—Ga基片和PZT壓電陶瓷片上分別制備Ni—Mn—Ga

2、薄膜，研究了各種制備參數(shù)對(duì)薄膜成分和性能的影響，以期對(duì)這種新型的薄膜材料的制備及特性進(jìn)行初步探索。結(jié)果如下： 使用EDS能譜儀分析薄膜的成分發(fā)現(xiàn)，射頻功率對(duì)薄膜的成分有較大影響。當(dāng)濺射功率處于175W與250W之間時(shí)，所沉積的薄膜的成分與靶的成分較為接近。隨著濺射功率的增加，Mn和Ni的原子百分比稍微增加，Ga的含量減小。但是沉積在Ni—Mn—Ga塊體和PZT上的薄膜中Ga含量的下降幅度較大，這說明不同的基體材料對(duì)于薄膜的成分有

3、一定的影響。隨后，對(duì)薄膜進(jìn)行了真空熱處理，熱處理溫度500℃-900℃范圍內(nèi)，對(duì)薄膜的XRD分析表明，沉積態(tài)薄膜為非晶態(tài)，熱處理后的薄膜呈多晶態(tài)，晶粒呈多種取向，分別為(022)(004)。晶粒尺寸隨著熱處理溫度的增加呈線性增長(zhǎng)的趨勢(shì)。 使用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)薄膜的表面觀察表明，薄膜的生長(zhǎng)和基體有關(guān)，硅片上的薄膜的表面比較光滑，同時(shí)膜上存在顆粒狀物質(zhì)，最大顆粒直徑約為2μm。PZT上的薄膜斷面圖片顯示，薄膜為柱狀生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)

4、，且厚度約為5μm。 采用WYKO形貌儀檢測(cè)薄膜的表面粗糙度，薄膜表面的粗糙度隨著濺射功率的增大呈線性增大趨勢(shì)。采用納米硬度計(jì)(TriboIndenter)系統(tǒng)及其摩擦力顯微鏡(LFM)組件進(jìn)行了納米壓痕實(shí)驗(yàn)，來表征薄膜的硬度和彈性模量值，知在所定溫度范圍內(nèi)Ni—Mn—Ga薄膜的硬度和彈性模量隨退火溫度的升高而增大。使用原子力顯微鏡(AFM)對(duì)薄膜的表面形貌進(jìn)行了分析，知其為典型的核生長(zhǎng)型，并對(duì)其生長(zhǎng)過程進(jìn)行了描述。 對(duì)