磁控濺射技術(shù)設(shè)計合成ZrAlN-ZrB-,2-和W-ZrB-,2-納米多層膜的研究.pdf

1、本文利用超高真空磁控濺射技術(shù)在Si(100)基底上設(shè)計合成ZrAIN/ZrB2和W/ZrB2納米多層膜。通過X射線衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段研究了薄膜的結(jié)構(gòu)特征；利用表面輪廓儀( XP-2)和納米力學(xué)測試系統(tǒng)研究薄膜的硬度、彈性模量以及薄膜與基底的附著力等機(jī)械性能。揭示多層膜體系的結(jié)構(gòu)和性能以及工藝參數(shù)之間的相互關(guān)系，找出合成最佳多層膜的工藝，使多層膜體系的硬度、殘余應(yīng)力以及膜基結(jié)合力等都明顯優(yōu)于單質(zhì)薄膜材料。

2、 在制備單質(zhì)薄膜的基礎(chǔ)上，利用直流ZrAI和射頻ZrB2靶在Si(100)基底上制備ZrAIN/ZrB2納米多層膜。討論了調(diào)制周期、調(diào)制比例和N2/Ar比等實驗條件對薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響。SEM和低角XRD證明了薄膜調(diào)制結(jié)構(gòu)，同時顯示多層膜界面清晰。當(dāng)調(diào)制周期為40 nm，ZrAIN和ZrB2調(diào)制比例為1/3，工作氣壓為0.3/0.4Pa，N2/Ar比為1/3時，薄膜硬度達(dá)到最大值36.4 GPa，同時多層膜殘余應(yīng)力，摩擦性能以及

3、膜基結(jié)合力也都明顯優(yōu)于單質(zhì)薄膜。多層膜各項機(jī)械性能達(dá)到最佳的同時，高角XRD表明多層膜表現(xiàn)出了明銳的ZrAIN(111)，AIN(111)，ZrB2(001)和ZrB2(101)結(jié)晶取向，結(jié)晶多元化可能是薄膜硬度升高的原因之一。 選取W和ZrB2作為個體層材料，利用射頻磁控濺射技術(shù)在室溫下制備一系列W/ZrB2納米多層膜，研究了多層膜調(diào)制周期、調(diào)制比和工作氣壓等實驗參數(shù)與多層膜結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的關(guān)系。低角XRD和SEM表明薄膜具有

4、界面清晰的多層結(jié)構(gòu)。實驗表明幾乎所有多層膜的硬度和彈性模量都高于單質(zhì)薄膜，同時多層膜的殘余應(yīng)力也有所改善。當(dāng)調(diào)制周期為30 nm，ZrAIN和ZrB2的調(diào)制比例為1/3，工作氣壓為0.6 Pa時，多層膜出現(xiàn)W(111)和ZrB2(001)擇優(yōu)取向，硬度和彈性模量分別升高到最大值41.5 GPa和539.9 GPa。 對于ZrAIN/ZrB2和W/ZrB2體系納米多層膜，以前的文獻(xiàn)鮮有報道。本文在得到多層膜最佳工藝參數(shù)，合成具有高