Zr-Cu非晶合金薄膜的制备及其晶化过程研究

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1、摘要摘要本文采用磁控共溅射法在Si(111)单晶衬底上制备Zr。Cul．x二元非晶合金薄膜，采用X射线衍射(XRD)技术和原子力显微(AFM)技术研究了薄膜非晶形成随成分的变化规律，各种溅射条件对薄膜结构的影响以及非晶合金薄膜的晶化过程，并通过纳米压痕技术对薄膜的纳米硬度和弹性模量进行了测定。XRD分析结果显示，在355x165成分范围内，随X的增加Zr。Cul。薄膜合金的非晶形成能力持续增强，表现出与相应的块体合金不同的变化规律。在0．1～0．5Pa范围内，随溅射气压的降低，薄膜易于获得非晶结构。衬底温度的升高和偏置电压的施加均不利于非晶结构的形成。利用XR

2、D和AFM分别对退火态zr65Cu35非晶合金薄膜进行的结构和表面形貌分析，确定其晶化温度在300--350℃之间。研究了衬底一薄膜界面形核和薄膜表面形核两种形核方式，其中前者可使晶粒长成按一定取向排列的矩形形态。利用纳米压痕仪表征了薄膜的力学性能，结果表明，Zr65Cu35非晶态合金薄膜具有很高的纳米硬度和弹性模量，远超过退火后的晶态合金薄膜，在耐磨涂层材料领域有很好的应用潜力。关键词Zr-Cu非晶合金；薄膜；磁控溅射；晶化。燕山大学工学硕士论文AbstractInthispaper,ZrxCul《binaryamorphousalloythinfilmsw

3、erepreparedonSi(111)substratebymagnetronCO·sputtering．X-raydiffractometer(XRD)andatomforcemicroscope(AFM)wereusedtostudytheformationofamorphousalloyfilms、Ⅳiththechangeofchemicalcomposition．11lcinfluenceofsputteringconditionsonthestructureoffilmsandthecrystallizingprocessofamorphousa

4、lloyfilmswerealsoinvestigated．Nanoindentorisusedtomeasurethenanohardnessandelasticmodulusoffilms．TheXRDresultsindicatethat，inthescaleof35_

5、．5Pa，thedecreaseofsputteringpressurebenefitstoamorphousformation．Highsubstratetemperatureandbiasvoltageareunfavorabletotheformationofamorphousstructure．TheXRDandAFManalysisoftheZr65Cu35amorphousfilmsannealedatdifferenttemperatureascertmnedthatthecrystallizationtemperatureiswithin300

6、～350℃．Thestudiesofsubstmte．filminterfacenuclearationandfilmsurfacenuclearationshowt11attheregularrectanglelikecrystalCangrowbytheformer．订培mechanicalpropertyisstudiedbynanoindentor．刀罅resultsindicatetllatthenanohardnessandelasticmodulusofZr65Cu35amorphousfilmsarehigherthanthatofcrysta

7、llinefilms．Therefore，theZr65Cu35amorphousfilmisapotentialmaterialinwear-resistantfield．KeywordsZr-Cuamorphousalloy；film；magnetronspuRering；crystallization．Ⅱ第1章绪论固体材料可分晶体、非晶体和准晶体。非晶合金材料是近几十年来国际上迅速发展起来的一类先进材料，关于非晶合金研究的进展，不仅突破了长期以来金属合金只能以结晶态形式凝固这一传统认识，丰富了合金相变理论，而且在合金的非晶形成能力、非晶合金的相结构及其相

8、演化过程、非晶合金的性能等方面的研究都