离子束辅助沉积ZrNTiAlN和CNxTiAlN纳米多层膜的研究

《离子束辅助沉积ZrNTiAlN和CNxTiAlN纳米多层膜的研究》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、巾文摘要摘要本文利用超高真空离子束辅助沉积技术在Si(100)基底上设计合成ZrN厂riAlN和Q寸。御AlN纳米多层膜。乖j用表面轮廓仪和纳米力学测试系统研究薄膜的机械性能，包括表面硬度、弹性模量以及薄膜与基底的附着力；还通过X射线衍射(Ⅺ国)，俄歇电子能谱仪(AES)和扫描电子显微镜(SEM)等分析手段研究了薄膜的结构特征。揭示多层膜体系的结构和性能以及工艺参数之间的相互关系，找出合成最佳多层膜的工艺，使多层膜体系的硬度和附着力优于单质薄膜材料。对于ZrN广riAlN纳米多层膜体系，讨论了调制周期、调制比例、离子轰击能量和离子束流等实

2、验条件对薄膜结构和性能的影响。AES、sEM和低角XRD均证明了多层膜的层状结构，而且展示了明晰界面。高角XRD证明ZrN单层膜具有典型的面心立方结构，呈现强zfN(220)和(1ll>择优取向。TiAlN表现出有很强的(111)面择优取向和微弱的(200)和(220)晶向。多层薄膜中显示了明显的ZfN(111)，TiAlN(111)和AlMnl)织构，说明多层膜形成了很好的调制结构，晶体完整性得到提高，这种强烈的(111)多晶结构会对多层膜硬度和模量的增强有很大贡献。纳米硬度和划瘦测试表明多层膜都具有比单质膜更高的硬度、弹性模量和膜基结

3、合力。当调制周期为6．5姗，zrN和T认1N的调制比例为2：3，离子轰击能量为2∞ev，氮离子束流为5mA时薄膜具有最高的硬度(>30GPa)、弹性模量，(361GPa)和临界载荷(53．3mN)。基底温度的升高，会显著降低薄膜的残余应力，但对薄膜魄硬度，摩擦系数没有明显影响。用离子束辅助沉积系统所制备的一系列不同调制周期和CN；所占比例的CN；玎iAlN纳米多层膜，其界露清晰，层状结构明显。尽管(烈x和TiAlN单质膜分别为非晶和纳米晶结构，CN。厂riAlN多层膜却当洲薹蓁；薹萎ii垂il。j喜

4、霎。l鬟箩i蔷巍蓁喜篓囊嚣獭；辇睦霎囊

5、霎蓁；囊i鐾季蒸妻纛琴摹篷掰囊∽摹琴篓纂蠡萋iiil琴琴§妻茎贤蠹萋重随墓翼霎艮j璧渊疆藁婚晕鲤霾萋：耄i!自；耋螽鬟；；羹委li篓ii呈塞耋；萋攀鏖i；i霉一霪薹。?"x中文摘蘩烈；层所占比例，只要当CN。层厚增大至O．6腿以上时，CNx将以非晶形式存在，阻断了多层膜的共格外延生长，使其强化效应消失，薄膜的硬度和弹性模量就会甥显降低。对于ZrN厂riAlN和CNx仃’iAlN组成的纳米多层膜体系，以前的文献鲜有报道。本文豹结果表明，利用超高真空离子束辅助沉积技术，通过控制合适的工艺参数，合成具有高硬度、高模量、高膜基结合力和低应力的Zr

6、N／TiAlN、CN，／TiAlN纳米多层膜是可以实现的。本研究可望应用于新的刃具涂层材料，对于提高刀具的切削速率，延长刀具的使用寿命，探索新的超硬材料和扩大纳米多层膜的工业疲焉范围具有一定的意义。关键词：离子柬辅助沉积，纳米多层膜，硬度，力学性能，调制周期Il独创性声明本入声萌所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其能人已经发表或撰写过的研究成票，也不包含为获得苤鲞塑整盘堂或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献

7、均巴在论文中作了甓确的说唆并表示了谢意。签名：剞‰日学位论文版权使用授权书本人完全了解天津师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫攒等复制手段保存、汇编以供查瓣和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。《保密的论文在解密后应遵守此撬定)签名_＼超导师签名：第一牵绪论第一章绪论冤一罩三；螽了艺1．1引言20世纪60年代以来，随着固态高科技产业(集成电路产业、固体发光和激光器件产业、磁光记录材料和器件产业等)的迅速发展，薄膜科学和技术愈来愈受到重

8、视，其原因是薄膜的研究和开发对生产的贡献网益增大，薄膜科学研究成果转化为生产力的速度愈来愈抉。今天，某一项新材料的研究与开发，徒往离不开这种新材料的薄膜合成与制备。薄膜技术已经成为新材料研制必备的、不可或缺的重要手段之一。如今，薄膜科学基经渗透到现代科技和国民经济的各个重要领域，如航空航天、医药、能源、电子信息和通信等。功能薄膜材料的制备与性能表征已经成为冀翦物理学与材料科学的研究热尉∞】。1．2硬质薄膜硬质薄膜通常是指硬度大于30GPa、具有优异的抗摩擦磨损性能、高的热导率、低的摩擦系数和热膨胀系数，为了提高构件表面耐磨性、耐腐蚀和耐高

9、温性能而施加在表面的固体薄膜。薄膜的厚度可依据作用丽有所差别，通常是凡纳米到几十微米。硬质薄膜为了达到耐磨、防腐、耐热和抗氧化等目的，其材料往往是一些过渡族金属与非金属构成的化合物、金属间化合