溅射气压对碳化钒薄膜微结构与力学性能的影响

采用碳化钒靶的磁控溅射方法在不同的Ar气压下制备了一系列碳化钒薄膜,利用能量分析光谱仪,X射线衍射,扫描电子显微镜,原子力显微镜和微力学探针研究了气压对薄膜成分、相组成、微结构以及力学性能的影响。结果表明磁控溅射VC陶瓷靶可以方便地制备晶体态的单相碳化钒薄膜,并且溅射气压对薄膜的化学成分、相组成、微结构以及相应的力学性有较大的影响。在溅射气压为2.4~3.2 Pa的范围内,可获得结晶程度好和硬度与弹性模量较高的碳化钒薄膜,其最高硬度和弹性模量分别为28,269 GPa。低的溅射气压(0.32~0.9 Pa)下,所得薄膜结晶较差且硬度较低;过高的溅射气压(>4.0 Pa),薄膜的溅射速率降低,结晶变差,其硬度和弹性模量亦随之降低。低气压下薄膜碳含量较高和高气压下溅射原子能量降低可能是薄膜结晶程度降低的主要原因。     

磁控溅射CrNx薄膜的制备与力学性能

采用反应磁控溅射法在不同的氮分压下制备了一系列CrNx薄膜，并利用EDS和XRD表征了薄膜的成分和相组成，采用力学探针测量了薄膜的硬度和弹性模量。研究了氮分压对薄膜成分，相组成和力学性能的影响。结果表明，随氮分压的升高，薄膜的沉积速率明显降低，薄膜中的氮含量量增加，相应地，相组成从Cr Cr2N过渡到单相Cr2N,再逐步经Cr2N CrN过渡到单相CrN,并在Cr:N原子比为1：2和1：1时，薄膜的硬度出现极值（HV27．1GPa和HV26.8GPa),而薄膜的弹性模量则在Cr2N时呈现350GPa的最高值。     

反应溅射Zr-Si-N复合膜的微结构与力学性能

在Ar、N2混合气氛中，通过双靶反应磁控溅射方法制备了一系列不同Si含量的Zr-Si-N复合薄膜，采用EDS、XRD、SEM、AFM和微力学探针表征了复合膜的成分、相组成、微结构和力学性能。结果表明：随着Si的加入，Si3N4界面相形成于ZrN晶粒表面并阻止其长大。低Si含量下，晶粒的细化使Zr-Si-N薄膜得到强化，在Si含量为6．2at％时其硬度和弹性模量分别达到最高值29．8GPa和352GPa。继续增加Si的含量，薄膜逐渐向非晶态转变，同时产生ZrxSiy相，并伴随有明显的力学性能降低。Zr-Si-N薄膜力学性能增加受到限制，可能与Si3N4界面相和ZrN晶粒之间的低润湿性有关。     

磁控溅射B4C薄膜的制备与力学性能

通过磁控溅射方法在不同基片温度下制备了B4C薄膜,利用傅立叶红外光谱、X射线衍射、透射电子显微镜表征了薄膜的微结构,并采用纳牛力学探针测量了薄膜的力学性能.结果表明,室温下制备的B4C薄膜具有很高的硬度(42.5 GPa)和杨氏模量(300 GPa),薄膜呈现非晶或纳米晶特征.随基片温度的提高,薄膜略有晶化,硬度与杨氏模量相应增加到50.4 GPa和420 GPa.     

磁控溅射B4C薄膜的制备与力学性能

通过磁控溅射方法在不同基片温度下制备了B4C薄膜 ,利用傅立叶红外光谱、X射线衍射、透射电子显微镜表征了薄膜的微结构 ,并采用纳牛力学探针测量了薄膜的力学性能。结果表明 ,室温下制备的B4C薄膜具有很高的硬度 ( 4 2 5GPa)和杨氏模量 ( 3 0 0GPa) ,薄膜呈现非晶或纳米晶特征。随基片温度的提高 ,薄膜略有晶化 ,硬度与杨氏模量相应增加到5 0 4GPa和 4 2 0GPa。     

氮分压对反应溅射(Ti,Al)N薄膜微结构与力学性能的影响

采用Ti-Al复合靶在不同氮分压下制备了一系列(Ti,Al)N薄膜,用EDS、XRD、TEM和微力学探针表征了薄膜的沉积速率、化学成分、微结构和力学性能.结果表明,氮分压对(Ti,Al)N薄膜影响显著:合适的氮分压可以得到化学计量比的(Ti,Al)N薄膜,薄膜为单相组织,并呈现(111)择优取向,最高硬度和弹性模量分别达到34.4GPa和392GPa;过低的氮分压不但会造成薄膜贫氮,而且薄膜中的Al含量偏低,硬度不高;过高的氮分压下,由于存在"靶中毒"现象,尽管薄膜的成分无明显变化,但会大大降低其沉积速率,并使薄膜形成纳米晶或非晶态结构,薄膜的硬度也较低.     

磁控测射B4C薄膜的制备与力学性能

通过磁控溅射方法在不同基片温度下制备了B4C薄膜，利用傅立叶红外光谱、X射线衍射、透射电子显微镜表征了薄膜的微结构，并采用纳牛力学探针测量了薄膜的力学性能。结果表明，室温下制备的B4C薄膜具有很高的硬度（42.5GPa）和杨氏模量（300GPa)，薄膜呈现非晶或纳米晶特征。随基片温度的提高，薄膜略有晶化，硬度与杨氏模量相应增加到50.4GPa和420GPa。     

反应溅射HfC/Si3N4纳米多层膜的微结构与力学性能

通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si3N4层厚的HfC/Si3N4纳米多层膜,采用X射线光电子能谱、X射线衍射、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构、硬度与弹性模量,研究了Si3N4层厚度变化对纳米多层膜微结构与力学性能的影响。结果表明,溅射的Si3N4粒子不与C2H2气体反应,因NaCl结构HfC晶体调制层的模板效应,溅射态为非晶的Si3N4层在厚度小于约1 nm时被强制晶化,并与HfC晶体层形成共格外延生长结构,多层膜呈现强烈的(111)择优取向柱状晶,其硬度和弹性模量显著上升,最高值分别达到38.2 GPa和343 GPa。进一步增加Si3N4层的厚度后,Si3N4层转变为以非晶态生长,多层膜的共格外延生长结构受到破坏,其硬度和模量也相应降低。     

调制周期对TaN/VN纳米多层膜的影响

本研究选择钽和钒的氮化物作为个体层材料,利用射频磁控溅射系统制备TaN、VN及一系列的TaN/VN多层薄膜。通过XRD和纳米力学测试系统分析了该体系合成以后的晶体结构、调制周期对力学性能的影响。结果表明：多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制周期为30 nm时TaN/VN多层膜达到最大硬度31 GPa,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、弹性模量以及耐磨性能均达到最佳效果。     

反应溅射Ti-Al-Si-N纳米晶复合薄膜的微结构与力学性能

采用Ar、N2和SiH4混合气体反应溅射制备了一系列不同Si含量的Ti-Al-Si-N薄膜，并采用EDS、AES、XRD、TEM和微力学探针研究了薄膜的微结构和力学性能。结果表明通过控制混合气体中SiH4分压可以方便地获得不同Si含量的Ti-Al-Si-N纳米晶复合薄膜。当Si含量达到3．5％(原子分数)时，薄膜中出现TiSix界面相，造成(Ti，Al)N晶粒细化，使薄膜力学性能得到提高，硬度和弹性模量的最高值分别为36．0GPa和400GPa。进一步提高Si含量，薄膜的力学性能逐渐降低。