ALN基纳米多层膜的生长结构、超硬机制及高温稳定性研究

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1、上海交通大学硕士学位论文AlN基纳米多层膜的生长结构、超硬机制及高温稳定性研究姓名：赵文济申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：李戈扬20070201上海交通大学硕士学位论文摘要界面以及由此所产生的交变应力场应该是多层膜产生超硬效应的重要原因和必要条件。通过高温退火实验研究了AlN单层膜和AlN/SiO2纳米多层膜的高温稳定性。结果表明，在900℃下退火时，AlN/SiO2纳米多层膜的生长结构未产生明显改变；多层膜在800℃时会开始氧化，氧化速率随退火温度的提高而增大。多层膜的硬度亦随氧化层的厚度增加而逐渐降低，但未受到氧

2、化的部分仍然保持较高硬度。对照AlN单层膜退火后的微结构与硬度变化可以认为，SiO2层的加入对多层膜高温抗氧化性的增加所起到的作用不大，而该多层膜抗的氧化性主要取决于组成多层膜主体调制层材料本身（即AlN）的抗氧化性。关键词：AlN/SiO2纳米多层膜，AlN/Si3N4纳米多层膜，六方晶体模板相，非晶晶化，超硬效应，交变应力场，高温稳定性，高温抗氧化性–ii–上海交通大学硕士学位论文AbstractSTUDYONGROWTHSTRUCTURE,SUPERHARDNESSMECHANISMANDHIGHTEMPERATURE

3、STABILITYOFALN-BASEDNANO-MULTILAYERFILMSABSTRACTTheapplicationofceramicthinhardfilms,suchasTiN,oncuttingtoolsremarkablypromotedthedevelopmentofmanufacturingindustry.Withtheadvancementofhigh-speedanddrycuttingtechnology,itneedsmuchhighrequirementsfortheprotectioncoa

4、tingsoncuttingtools.Asthekindofmaterialsthatarereinforcedbymicrostructuredesign,nano-multilayerscannotonlyreachhighhardnessbythesuperhardnesseffect,butalsoobtainotherexcellentpropertiesbyproperlychoosingthecombinationofmodulationmaterials.Asaresult,nano-multilayers

5、arereceivingincreasingattentionsandresearchesasanewgenerationofprotectioncoating.FormerresearchesonsuperhardnesseffectsandtemplateeffectsinmultilayersaremainlyonNaClstructurematerials.However,thisthesisadopth.c.p.structuredwurtziteAlN(h-AlN)asthecrystallayerinthemu

6、ltilayers.ThecrystallizationbehaviorofSiO2andSi3N4undertheeffectsofh-AlNisstudied.Thesuperhardnesseffectsaswellasthemechanismofhardnessenhancementarealsoinvestigated.Inthisthesis,thehightemperatureoxidationresistanceofAlN/SiO2areexperimentalstudied.AndtheeffectsofS

7、iO2additiontothehightemperatureabilityofthemultilayersarealsodiscussed.Theresultsareshowedasfollows.InAlN/SiO2andAlN/Si3N4nano-multilayers,duetotheh.c.p.AlNtemplatelayers,normallyamorphousSiO2andSi3N4crystallizeandformh.c.p.pseudo-crystalstructurewhentheirthickness

8、isbelow0.6nm.Thecrystallizedmaterialsgrewepitaxially–iii–上海交通大学硕士学位论文AbstractwithAlNandcoherentinterfacesareformedbetweenthetwomodulationmaterial