磁控濺射TiN薄膜疏油疏水性能研究.pdf

1、隨著人們生活水平的改善和環(huán)保意識(shí)的不斷提高，具有優(yōu)異的拒水、拒油性能的疏水、疏油材料，在我們的日常生活中、工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品制造乃至國(guó)防建設(shè)中都占據(jù)著愈來(lái)愈重的作用。例如在紡織品、皮革表面應(yīng)用疏油、疏水薄膜技術(shù)，制成防水、防油污的服裝、皮鞋等;用在石油輸送管道內(nèi)壁和精準(zhǔn)注射器針尖上能防止粘附、堵塞通路，減少了損耗;在船舶、潛水艇的外殼上應(yīng)用疏水、疏油材料，既減少水對(duì)船體的阻力，提高了航行速度，而且能達(dá)到防腐、防污的效果。正是因?yàn)橛腥绱说男枨?，?/p>

2、清潔材料的應(yīng)用研究才愈來(lái)愈受到人們的關(guān)注。
　　目前制備疏水、疏油薄膜的基本原理是在較低表面能材料上制造適宜的表面粗糙度，兩者相互協(xié)調(diào)，得到疏水、疏油薄膜。其主要制備方法包括模板法和軟蝕刻法等物理方法，還包括相分離法和化學(xué)氣相沉積法等化學(xué)方法。物理方法等工藝制備疏水、疏油薄膜不但對(duì)基體材料要求較高，必須為低表面能材料，并且這些制備方法均存在一定的局限性?；瘜W(xué)工藝處理的薄膜，采用的化學(xué)溶液聚合物中大多含有醇類等易燃易爆成分，排出廢棄

3、溶液還會(huì)造成水和空氣的污染。磁控濺射真空鍍膜工藝制備的疏油、疏水薄膜，對(duì)基體材料要求較低，絕大部分金屬材料或有機(jī)材料都可以作為基體材料，最重要的是磁控濺射技術(shù)沒(méi)有廢氣、廢渣、廢水的排出，綠色環(huán)保。但目前應(yīng)用磁控濺射工藝制備疏油、疏水薄膜的案例還較少，且研究其影響因素的更少。主要是因?yàn)椴捎么趴貫R射技術(shù)制備的疏油、疏水薄膜與其他方法相比存在性能較差的問(wèn)題。就此，怎樣運(yùn)用磁控濺射真空鍍膜技術(shù)，制備出具有疏油、疏水性能的薄膜，研究出其主要影響性

4、能的因素成為了亟待研究的問(wèn)題。
　　本研究以在1Cr18Ni9鏡面不銹鋼基體上沉積TiN疏油、疏水薄膜為研究對(duì)象，以中頻非平衡反應(yīng)交流磁控濺射技術(shù)為研究方法，研究薄膜表面粗糙度及薄膜顆粒大小對(duì)TiN薄膜疏油、疏水性能的影響，得到制備疏油、疏水功能薄膜的最優(yōu)工藝及參數(shù)。
　　通過(guò)研究濺射時(shí)間、氮?dú)饬髁俊R射靶功率和濺射偏壓等工藝參數(shù)對(duì)薄膜自清潔性能的影響，選擇并調(diào)整各個(gè)參數(shù)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，再通過(guò)平行對(duì)比實(shí)驗(yàn)得出最優(yōu)的參數(shù)。通過(guò)對(duì)

5、正交實(shí)驗(yàn)和平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析表明，TiN薄膜在鏡面不銹鋼表面濺射會(huì)出現(xiàn)固、液接觸角小，疏油、疏水性能差的現(xiàn)象，然而加入主轟擊工藝后，在基體表面制備的化合物薄膜，固、液接觸角會(huì)增大。最終確定長(zhǎng)時(shí)間主轟擊與短時(shí)間沉積，在鏡面不銹鋼表面沉積得到了疏水薄膜，并研究了薄膜疏水、疏油性能與薄膜顆粒大小之間的關(guān)系。具體工藝為，首先采用高壓離子鍍技術(shù)在鏡面不銹鋼板表面沉積一層純Ti過(guò)渡膜層，不但確保了膜基結(jié)合力，而且粗化了基體表面，增大了與空氣的接觸

6、面積;然后再采用磁控濺射鍍膜技術(shù)在純Ti過(guò)渡層上沉積TiN薄膜。這樣解決了直接沉積TiN薄膜所得到的固、液接觸角小、疏油疏水性能差等技術(shù)難題。
　　文章還研究了TiN薄膜疏油、疏水性能與其基體表面微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系，得出了當(dāng)薄膜表面微結(jié)構(gòu)呈乳突狀、薄膜粒子直徑在80～100nm之間時(shí)，制備的TiN薄膜的疏水性能最好，薄膜的疏油性能隨著顆粒的增大而增大。
　　綜上所述，本文通過(guò)探討在鏡面不銹鋼板表面制備TiN疏油、疏水薄膜的工藝，

7、研究了濺射時(shí)間、濺射功率、氮?dú)饬髁考爸鬓Z擊時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)薄膜疏油、疏水性能的影響。制定出了采用磁控濺射技術(shù)制備具有疏水功能的TiN薄膜的工藝。研究了薄膜表面粗糙度、薄膜微觀結(jié)構(gòu)及TiN顆粒大小對(duì)薄膜疏油、疏水性能的影響。結(jié)果表明，在一定時(shí)間內(nèi)，主轟擊時(shí)間的延長(zhǎng)，粗化了基體表面，改變薄膜的表面粗糙度，進(jìn)而改變薄膜的微觀結(jié)構(gòu);TiN薄膜的疏油、疏水性能隨著薄膜顆粒的增大呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。當(dāng)顆粒大小在80～100 nm之間，所制備的TiN薄膜疏