（tial）nvnvnaln纳米多层膜的界面结构与力学性能研究

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1、上海交通大学硕士学位论文摘要(Ti，AI)N／VN，VN／AIN纳米多层膜的界面结构与力学性能研究摘要纳米多层膜表现出超硬效应和超模量效应而成为一类具有良好发展前景的硬质薄膜材料。纳米多层膜交替沉积形成的调制界面共格状态以及由共格界面约束而产生的亚稳相对多层膜的力学性能有重要影响。本文研究了具有同结构共格外延生长的(n，AJ)N／VN和含有亚稳立方AIN相的vN／AlN两种不同类型的纳米多层膜的界面微结构与超硬度、超模量效应的关系。并采用了曲率法评价了常用XRD衍射法难以测量的纳米多层膜和3"iN单层膜的宏观内应f力。脐究结果如下：I1

2、．(Ti，AI)N／VN纳米多层膜形成了面心立方晶体穿过调制界面共格外延生长的结构。由于(Ti，朋)N与VN存在1．7％的晶格错配度，纳米多层膜在共格外延生长的晶粒中存在较大的畸变。(Ti，AJ)N／VN纳米多层膜存在硬度和弹性模量随调制周期减小而增高的超硬效应。在调制周期约为1．7nm时，纳米多层膜的硬度和弹性模量达到最高值，分别为Hv=33．2Gpa和E=420．6GPa，分别比由(Ti，AI)N和VN单层膜按混合法则计算的ROM值高出了48．2％和27．8％。由于晶格错配使外延生长的纳米多层膜中形成以调制周期为周期的交变应力场是纳

3、米多层膜产生超硬效应的重要原因。2．在VN／AlN纳米多层膜中，小调制周期下，AIN在讯的模板作用下，形成立方AIN与VN形成面心立方结构的共格界面外延生长，薄膜以柱状晶粒穿过多个调制层生长，形成多晶超品格结构；大调制周期下，AIN层从立方结构转变为六方结构，薄膜的晶粒不能穿过另一调制层长大，薄膜形成晶粒尺寸与调制层厚相当的纳米晶“砖墙”型结构。VN／MN纳米多层膜具有硬度和弹性模量随调制周期减小而上升的超硬效应，硬度和弹性模量最大值分别为Hv=33．4GPa和E=377．8GPa，分别比vN和AIN上海交通大学硕士学位论文摘要单层膜的

4、ROM值高出了60％和35％。高硬度、高模量的立方相A1N的生成以及立方A1N与vN形成共格超晶格结构所造成的交变应力场是VN／A1N纳米多层膜出现超硬效应的主要原因。3．采用曲率法对VN／AIN、(Ti，ADN／VN纳米多层膜和TiN单层膜内应力测量表明：纳米多层膜与TiN单层膜的内应力水平相当，均为GPa量级；纳米多层膜的内应力不仅与材料体系相关，并与其调制周期有关，大周期纳米多层膜的内应力较高；对VN／,MN纳米多层膜的内应力测量还发现，形成立方A1N亚稳相并与VN形成共格结构的小周期多层膜的内应力明显低于存在六方／kiN相的“砖

5、墙”型结构的大周期、／多层膜的内应力。y关键词纳米多层膜超硬效应交变应力场立方A1N亚稳生长Il、√N≯V内应力上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTSTUDIESoNINTERFACESTRUCTURESANDMECHANICALPROPERTIESOF(Ti，AI)N／VN，VN，AlNNANoMETERMULTILAYERSABSTRACTNanometermultilayershavebecomeakindofpromisinghardcoatingfortheirsuperhardnessandsupermoduluseff

6、ects．Thecoherentmodulationinterfaceformedinmultilayersandthemetastablephasestabilizedbycoherentinterfacehaveimportanteffectonthemechanicalpropertiesofmultilayers．Inthispaper,therelationshipbetweentheinterfacestructureoffcceptaxial(Ti，AI)NNNmultilayersandVN／A1Nnanometermu

7、ltilayerwithmetastablecubicAINandtheirsuperhardness，supermoduluseffectshasbeeninvestigated．AndtheinternalstressesofthesenanometcrmultilayersandTiNsinglelayershavebeenmeasuredbythecurvaturemethodbasedonthestoney’Sequation．Theresearchresultsareasfollows：1．fri．AI)N／VNnanome

8、termultilayersassumetheepitaxialstructure、jl，itllthefcccrystallatticegrowingcoherentlythroughthemodulat