tin及sin薄膜的制备及其性能研究

《tin及sin薄膜的制备及其性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西南交通大学硕士研究生学位论文第l页摘要本论文采用非平衡磁控溅射技术制备出不同成分、结构和性能的Ti—N，面币N多层膜和SiNx薄膜。利用AMBIOSXP．2台阶仪测量薄膜的厚度。使用x射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、红外吸收光谱(FAIR)、扫描电镜(SEM)对薄膜的结构和成分进行了表征。采用CSEM球盘摩擦磨损实验机、HXD-1000knoop显微硬度仪、WS-92划痕试验机等研究了薄膜的机械性能。由于薄膜的应用场合不同，不同的薄膜采用不同的方法评价其耐腐蚀性能。重点研究了氮气和氨气分压比(P—z／P^r)和基体偏压的变化对Ti-N薄膜结构和性能的影响；调制周期对T

2、i／TiN多层膜结构和性能的影响；氮气和氩气分压比(P—z／P^r)的变化对SiNx薄膜结构和性能的影响。不同氮气和氩气分压比(Pwz／P^，)和基体偏压下制备出了不同结构和性能的氮化钛薄膜，结果表明，采用非平衡磁控溅射技术制备出了致密的氮化钛薄膜，当h：／P^r较小时，氮化钛薄膜中存在Ti2N相，随着h。／PAr的增大氮化钛薄膜中TizN相逐渐减少，主要以TiN相存在。Ti2N相的存在有效提高了氮化钛薄膜的硬度和耐磨损性能。由于TiN具有高硬度，出色的耐磨损性和化学稳定性而被广泛应用于机械工程方面，但是采用物理气相沉积技术制备的TiN薄膜往往存在明显的柱状晶结构，这些柱状晶之间的分界

3、处容易导致TiN薄膜的失效。多层膜结构可以解决这个问题，因为多层膜结构中的界面可以有效阻止柱状晶的生长。调制周期是影响多层薄膜性能的最主要的因素。本文采用非平衡磁控溅射技术制备了100nm～350nm调制周期的Ti厂nN多层薄膜。结果显示，不同调制周期下制备的枷N多层薄膜呈现出了很好的周期性。随着调制周期的减小，Ti／TiN多层西南交通大学硕士研究生学位论文第ll页薄膜的生长变得更加致密，晶粒更加细小。硎N多层薄膜的显微硬度和耐磨损性能也随调制周期的减小而增强。3％NaCl溶液中的电化学腐蚀实验显示在不锈钢基体表面制备Ti／TiN多层薄膜可以提高基体的耐腐蚀性能。高温水蒸气循环实验结果

4、表明，TifFiN多层薄膜的耐腐蚀性能随着调制周期的减小而减弱。非平衡磁控溅射技术在钛合金(Ti6Al。v)表面沉积SiNx薄膜，研究结果表明，随着PN胛Ar的增加，Si—N键的含量增加，吸收峰(870～930cml)向高波数偏移，吸收峰(475～490c酊11的峰强增加。SiNx薄膜的显微硬度、耐磨性随着PN2／PAr的增加而增加，当PN2／Pm"增加到0．25时，薄膜硬度、耐磨性开始随着PN2／PAr的增加有下降趋势。薄膜与基体之间的膜／基结合力的测试结果表明薄膜与基体结合力较好，薄膜的脆性随着Pro／PAr的增加而增加。关键词：氮化钛；氮化硅；多层膜；非平衡磁控溅射；机械性能；耐

5、腐蚀性能西南交通大学硕士研究生学位论文第1II页AbstractTitaniumnitride，Ti／TiNmultilayerfilmsandsiliconnitridewithdifferentcomposition,microstructure，mechanicalandcorrosionresistancepropertiesweresynthesizedbyunbalancedmagnetronsputtering．ThefilmsthicknesswastestedbyAMBIOSXp-2profilemeter．Themicrostructureandcompositio

6、nwerecharacterizedwithX—mydiffraction(XRD)，X-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)，FourierTransformInfraredSpectroscopy(FTIR)spectroscopyandscanningelectronmicroscopy(SEM)．Themechanicalproperties，such嬲microhardness，wearresistanceandtheadhesionstrengthbetweenfilmsandsubstrate，werecharacterizedwithHXD

7、～1000microhardnessmeter,CSEMpin-on-diskweartestapparatusandWS．97scratchtester．T1lecorrosionresistanceoffilmsWascharacterizedwithdifferentmethodbecauseofthedifferentapplicationofthefilms．TheeffectoftheN2andArpartialpressurera