超硬薄膜研究的新进展

本文介绍了碳系列薄膜、纳米多层及纳米复合超硬薄膜近年来所取得的研究成果，重点是氮化物纳米多层与复合超硬薄膜的研究状况，并对纳米多层膜在应用中存在的问题提出了解决的思路，指出了超硬薄膜的发展趋势。     

刀具表面超晶格TiN/AlN纳米多层膜的制备及性能的研究

采用脉冲多弧离子镀技术制备TiN／AlN纳米多层膜，对该薄膜的结构研究表明，随着调制周期的减小，稳定态六方AlN相逐渐转变成亚稳态立方AlN相，形成以TiN／AlN超晶格结构为主的薄膜。并从与标准图谱的对比中可知．TiN／AlN超晶格是AlN在立方TiN簿膜的影响下，在TiN层上以亚稳态相立方结构外延生长所形成。另研究显示，TiN／AlN薄膜具有一定的超硬效应以及在硬质合金刀具上优良的使用性能。     

低转速下多弧离子镀制备的Mo-Ti-Al-N超晶格硬质涂层的微结构及背散射谱分析

目的研究低基片转速对纳米多层膜微结构和性能的影响。方法采用阴极多弧离子镀技术在单晶硅基片上沉积制备了MoTiAlN/MoN/Mo纳米复合结构涂层,借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、背散射谱(RBS)和纳米硬度计,分别对样品的物相、形貌、组分和硬度进行表征分析。结果 XRD显示不同转速下制备的涂层的物相结构主要为六角密排结构的Mo N和面心立方(Ti,Al)N,较高基片转速下涂层的结晶性较好。SEM和TEM图像证实,2 r/min基片转速下的目标涂层具有平均调制周期26 nm的Ti AlN/MoN超晶格结构,总厚度为1.15μm,且界面清晰。纳米显微硬度测试表明,低基片转速下,涂层硬度和杨氏模量分别达到(30±2)GPa和(500±30)GPa。结论不同能量的~7Li~(2+)离子卢瑟福背散射谱结合SIMNRA拟合程序,可定量评估该超晶格结构涂层的原子百分比、每个子层的物理厚度及调制周期,这为纳米多层膜的微结构表征提供了一种有效的分析手段。     

气相沉积 Ti / TiN 多层薄膜的力学及耐腐蚀性能研究

目的研究多层薄膜的界面对薄膜性能的影响。方法通过直流磁控溅射法在45#钢表面制备Ti N及Ti/Ti N多层薄膜,采用扫描电镜和XRD衍射分析仪对薄膜表面形貌及相结构进行观察和分析,使用纳米压痕仪、电子薄膜应力分布测试仪对Ti N及Ti/Ti多层薄膜的力学性能以及残余应力大小进行研究,并运用电化学设备对Ti N及不同调制周期的Ti/Ti多层薄膜的耐腐蚀性能进行研究。结果制备的Ti N及Ti/Ti N多层薄膜表面光滑且结构致密,Ti N晶粒细小且为非晶相;薄膜力学性能良好,内部均存在残余压应力。随着调制周期的减小,弹性模量和硬度先减小后增大,内部残余应力逐渐减小且分布不均匀程度逐渐增大。薄膜在H_2SO_4中的腐蚀试验表明:当Ti/Ti N多层薄膜调制周期为1μm时,多层薄膜的耐腐蚀性能不如Ti N薄膜,随着Ti/Ti N多层薄膜随调制周期的减小,多层薄膜的耐腐蚀性能逐渐升高;当调制周期为0.5μm时,Ti/Ti N多层薄膜的耐蚀性能已超过Ti N薄膜。结论 Ti/Ti N多层薄膜界面的增多有助于减小薄膜的残余应力,并且可提高薄膜的耐蚀性能。     

纳米多层超硬膜力学性能研究进展

纳米多层膜显著改善了膜层的硬度、韧性、耐磨性及耐热性,能够满足各种特殊应用需要,成为硬质薄膜研究的热点课题.本文综述了近年来纳米多层膜在硬度、耐磨性及热稳定性方面的研究成果,分析了它们的主要影响因素,并对今后纳米多层膜的发展趋势进行了展望.     

TiN/CrN多层薄膜微观结构与力学性能的研究

近些年来,TiN/CrN多层薄膜由于其优良的力学性能被广泛应用于表面防护,提高零部件性能和使用寿命等方面。为了研究TiN/CrN多层薄膜微观结构与力学性能的关系,本文采用磁控溅射技术制备了TiN、CrN单层薄膜和三种不同调制周期的TiN/CrN多层薄膜。通过原子力显微镜和X射线衍射分析了膜的表面形貌和相结构。使用纳米压痕仪测试薄膜的硬度和压入塑性,曲率法测定薄膜的残余应力。结果表明,TiN/CrN的多层薄膜是由TiN和Cr2N两相组成,随着调制周期的增大TiN层与CrN层之间的界面区域变小,界面平滑且明显。力学性能方面,多层薄膜的硬度和压入塑性比单层膜好,并且多层薄膜随调制周期的减小硬度和压入塑性越大,残余应力随周期性的增加而逐渐增大。综上可见,TiN/CrN多层薄膜的力学性能的改善取决于界面区域的大小和形貌,即调制周期,该结论与Hall–Petch理论相吻合。     

调制周期对TiN/TiAlN多层薄膜微观结构和摩擦性能的影响

采用电弧离子镀方法制备了TiN/TiAlN多层薄膜,研究了调制周期对薄膜多层结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:在相同的沉积时间内,随调制周期的增加,多层薄膜的层数减少,每一层的厚度增加,层与层之间的区分更加清晰。摩擦磨损测试结果表明:由于多层薄膜的调制结构,引起薄膜对磨层的变化,当多层薄膜的调制周期为54 nm时,多层薄膜的摩擦系数最小;当调制周期为112 nm时,多层薄膜的摩擦系数最高;当调制周期为164 nm时,多层薄膜的磨痕宽度最小。在摩擦磨损过程中,GCr15钢球的磨损面一直处于快速磨损阶段,对磨痕能谱线扫描结果发现磨屑的主要成分是Fe和FeOx。     

超硬耐磨的纳米级金刚石镀膜，用于多种材质模具镀层

滤质阴极真空镀膜简称FCVA技术是一种国际上先进的镀膜技术。利用滤质阴极真空镀膜(FCVA)技术生产的纳米级非晶金刚石薄膜最薄可以达到2纳米，金刚石结构SP3的含量超过80％。这样的薄膜具有天然金刚石的许多优异特性：它生成的薄膜具有超硬、耐磨、高绝缘、高导热率、摩擦系数低、膜层均匀、致密度高、耐腐蚀和附着力高等特点，薄膜还具有无色透明，对材质的光学特性基本不产生影响的优点。     

电化学法制备组分调制纳米多层膜的研究现状

探讨了应用电化学电沉积法制备具有超晶格结构的纳米组分调制多层膜的原理,对比了恒电流和恒电位两种电化学手段对膜层微观结构的影响,并简述了阳极氧化法制备多层膜陶瓷材料的研究现状;同时介绍了XRD、STM等几种常用于表征纳米多层膜微观结构的现代测试方法,阐述了纳米多层膜的优异性能及应用前景.     

调制周期对CrAlN/ZrN纳米多层膜韧性的影响

目的研究调制周期对纳米多层膜性能的影响。方法采用磁控溅射方法制备了CrAlN与ZrN的固定厚度比为2.6,不同调制周期(Λ为6,8,10,20 nm)的CrAlN/ZrN纳米多层膜。利用场发射扫描电镜(FESEM)表征薄膜的形貌、结构。用Dektak150型台阶仪测薄膜表面粗糙度。用Agilent Technologies G200纳米压痕仪检测涂层的硬度和弹性模量。用划痕仪测薄膜/基材的结合力,同时,引入抗裂纹扩展系数(CPR)表征纳米多层膜的韧性。结果 CrAlN/ZrN纳米多层膜断面皆为穿晶柱状结构,调制周期为20 nm时,多层膜层与层之间的界面清晰;多层膜表面呈致密的花椰菜状,厚度均约为2μm。调制周期为8 nm时,硬度为20.4 GPa,进一步增大调制周期,硬度下降。调制周期为8 nm的多层膜临界载荷L_(c2)为18 N,CPR值为73.2,L_(c2)与CPR值均高于其他调制周期的多层膜。在临界载荷L_(c2)处,裂纹扩展导致薄膜发生了严重的片状剥落,露出了亮白的热轧钢基底,薄膜失去了保护作用。结论实验表明,在多层膜厚度、调制比不变的条件下,改变调制周期能够改变多层膜的韧性。随着调制周期的增大,韧性呈先上升、后下降的趋势。调制周期为8 nm时,纳米多层膜的硬度最高,韧性最好,综合性能良好。     

功能薄膜的研究现状与应用前景

阐述了功能材料的分类方法、各类以及功能薄膜的性能特点,指出功能薄膜在解决通讯技术、环境以及能源等诸多领域中的重要作用和地位。总结了国内外对各种功能薄膜的研究状况和最新进展,对在薄膜材料领域被广泛研究又具有应用前景的超导薄膜、磁性薄膜、光电薄膜以及透明导电薄膜功能膜作了重点描述。文章还提出关于发展薄膜产业的一些思考和看法,并特别阐述了一些具体功能薄膜的产业化现状和前景。     

三元硼化物AlMgB_(14)超硬材料的研究进展

AlMgB_(14)超硬材料具有高硬度、低密度、低摩擦系数、高热稳定性和良好的热电性能,可以应用于耐磨、切削装备、微器件和微电子机械装置的保护涂层等领域。本文介绍了目前制备AlMgB_(14)超硬材料的几种方法,详细介绍了通过分步反应法在常压条件下合成AlMgB_(14)超硬材料。首先,均匀混合Mg粉、Al粉、B粉和不同含量的Ti粉,在850℃密闭氩气条件下烧结2 h,得到Al和Ti掺杂的MgB_2块体;第二步在真空条件下1050℃下烧结0.5 h得到目标产物AlMgB_(14)-TiB_2。微观结构显示AlMgB_(14)晶粒细小,在晶界处有均匀细小的TiB_2颗粒弥散分布。还介绍了AlMgB_(14)块体和薄膜的研究现状,论述了AlMgB_(14)超硬材料未来的研究重点。     

TiNi/ZnO复合智能薄膜的制备及性能研究

使用射频磁控溅射法在石英衬底上制备quartz/ZnO/TiNi及quartz/TiNi/ZnO复合薄膜结构,利用XRD、SEM划痕仪等测试方法研究了复合薄膜的相结构、微观组织、力学性能。利用DMA分别研究了quartz/TiNi与quartz/ZnO/TiNi复合结构的阻尼性能随振动频率及振幅的变化规律。结果表明,前者频率响应范围在10 Hz以内,后者响应范围达到20 Hz;前者的临界外加激振电压仅为0.6 V,后者的临界外加激振电压达到1.0 V。阻尼性能测试表明,quartz/ZnO/TiNi复合结构的阻尼性能优于quartz/TiNi复合结构。由划痕仪测得两种复合薄膜结构与基体的临界结合力分别为45.75和40.15 N     

低温等离子体技术制备有机薄膜的研究进展

概述了利用低温等离子体技术制备有机薄膜的主要方法、特性、应用及研究现状,简要讨论了等离子体工艺条件对薄膜结构和性质的影响,介绍了现代分析技术对有机薄膜结构的表征,阐述了近年来对低温等离子体有机薄膜物理和化学性质,包括表面性质,渗透性,电学和光学性质等方面的研究新进展,并描述了其在工业生产上的一些应用.     

高熵合金薄膜研究现状与展望

高熵合金是一种由五种或者五种以上的元素以(近)等原子比组成的新型多主元合金材料,拥有众多优异的力学、物理和电学方面的性能,引起了科技工作者的极大关注.高熵合金薄膜是一种低维度形态(微米级)的高熵合金材料,不仅展现出与块体高熵合金相似的优异性能,而且在某些性能(如硬度)上甚至优于块体高熵合金,在诸多领域里展现出良好的应用...     

ITO透明导电薄膜的研究进展

介绍了ITO薄膜的基本特性和透明导电原理,综述了ITO薄膜主要的制备技术及其研究进展,并指出了不同制备方法的优缺点。还对ITO薄膜晶格常数畸变、载流子浓度上限和最佳掺杂量、红外反射率、光吸收边的移动等基础理论研究进展进行了归纳。今后,还需要在低温或室温ITO薄膜的制备、ITO薄膜的导电机理、纳米尺度ITO材料的特性等方面加强研究。     

氧化物功能薄膜材料的研究新进展

氧化物薄膜材料在很多领域中发挥着重要的作用。对各种氧化物功能薄膜材料进行了较为系统的综述，重点评述了透明导电氧化物薄膜、超导氧化物薄膜、磁性氧化物薄膜的研究状况和最新进展。文中最后指出了氧化物功能薄膜材料存在的问题，并展望了它的发展前景。     

钛酸铋薄膜的磁控溅射及其退火处理

采用射频磁控溅射技术,在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了钛酸铋(Bi4Ti3O12,简称BIT)薄膜。研究了衬底温度及后续退火处理对薄膜结构和表面形貌的影响。结果表明:适宜的衬底温度为200℃。随着退火温度(650~800℃)的升高,BIT薄膜的结晶性变好,晶粒尺寸增大,c轴取向增强。当退火温度达到850℃时,开始出现焦绿石相;700~800℃为适宜的退火温度,在此条件下得到的BIT薄膜结晶良好,尺寸均匀,表面平整致密。     

高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜研究进展

非晶碳薄膜主要由sp3碳原子和sp2碳原子相互混杂的三维网络构成,具有高硬度、低摩擦系数、耐磨损、耐腐蚀以及化学稳定性等优异性能。然而传统制备方法难以实现薄膜结构及其性能的综合调控,高功率脉冲磁控溅射因其离子沉积特性受到领域内专家学者的关注。总结了近年来关于高功率脉冲磁控溅射制备非晶碳薄膜材料的研究进展。重点介绍了高功率脉冲磁控溅射石墨靶的放电特性,指出了其在沉积非晶碳薄膜过程中获得高碳原子离化率的条件。针对离化率和沉积速率低,主要从提高碳原子离化率和碳离子传输效率等角度,介绍了几种改进的高功率脉冲磁控溅射方法。并对比了不同高功率脉冲磁控溅射方法中的碳原子离化特征、薄膜沉积速率、结构和力学性能。进一步地,探讨了高功率脉冲磁控溅射在制备含氢非晶碳薄膜和金属掺杂非晶碳薄膜中的优势及其在燃料电池、生物、传感等前沿领域的应用。最后,对高功率脉冲磁控溅射石墨靶的离子沉积特性、非晶碳薄膜制备及其应用研究趋势进行了展望。     

形状记忆合金薄膜

新近研究资料表明,Ｔｉ－Ｎｉ溅射薄膜具有与整体形状记忆合金完全相同的形状记忆及超弹性性能。本文就形状记忆合金薄膜的制作、薄膜的组织、形状记忆及超弹性性能、形状记忆合金薄膜的应用等作一综述。