衬底偏压对CrN／Si3N4纳米多层膜结构和力学性能的影响.pdf

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1、第1期纳米科技No．12013年2月Nanoscience&NanotechnologyFebruary2013衬底偏压对CrN／Si3N4纳米多层膜结构和力学性能的影响木白晓明，张成顺，佘辉。，刘有军(1．空军航空大学飞行基础训练基地，吉林长春130022)(2．长春工业大学材料学院，吉林长春130012)摘要：采用磁控溅射法在不同基底偏压条件下制备了CrN／SiN纳米多层膜，用x射线衍射仪、原子力显微镜及纳米压痕仪表征，结果表明，衬底偏压对CrN／SiN纳米多层膜微观结构、界面结构、硬度和磨损性能有重要影响；漂浮电位

2、时，导致多层膜界面粗糙，CrN_~．(200)、(111)共同生长，硬度和弹性模量低；当偏压变化时，界面宽度和粗糙度变化不大，硬度和模量变化的主要原因是不同衬底偏压下的晶格畸变导致两层材料弹性模量变化和晶粒尺寸变化。与漂浮电位相比，涂层的屈服应力和断裂韧性有所增强。关键词：CrN／SiN；微观结构；界面结构；力学性能EfectsofBiasonStructureandMechanicalPropertiesofCrN／Si3N4NanolayeredCoatingsBAIXiao-ming，ZHANGCheng—shun

3、，SHEHui，LIUYou-jun(1．BasicFlightTrainingBase，AirForceAviationUniversity，Changchun130022，China)(2．ChangchunUniversityofTechnology，Changchun130012，China)Abstract：CrN／Si3N4muhilayercoatingsweredepositedatdifferentsubstratebiasbyreactivemagnetronsputtering．Theresults

4、showthatthereareimportanteffectsforsubstratebiasonthemicrostructure，interfaceandmechanicalpropertiesofthecoatings．Theinterfaceismoreroughandthemicrostructureis(200)and(111)texturewithoutsubstratebias，andtheCrN／Si3N4multilayerhasalowhardnessandmodulus．Theinterface

5、widthandroughnessbecomesmallwiththein—creaseofbias．Thevariationofhardnessandmodulusareattributedtothechangesingrainsizeandmodulusvariationcausedbycrystallinedistortion．Comparedtosamplewithoutbias，theyieldstress(resistancetoplasticdeformation)andfracturetoughness(

6、resistancetocrackpropagation)wouldbeimprovedbysubstratebias．Keywords：CrN／Si3N4；microstructure；interface；mechanicalproperty中图分类号：TB34文献标识码：A文章编号：1812—1918(2013)O1—0001—060引言化学气相沉积(CVD)方法制备的TiN基薄膜在高硬度、抗磨损、化学稳定性和热稳定性等方面过去十年间，利用物理气相沉积(PVD)和的良好表现使其在切削工具或机械配件等抗磨损收稿日期：2

7、012—12—04领域获得了广泛的应用。Veprek等人1121报道的超基金项目：国家自然科学基金项目(批准号：10974257)，硬Ti—si—N系纳米复合膜的硬度达到了80—105吉林省自然科学基金项目(批准号：201115133)第l0卷第1期基础理论研究Vo1．10No．12013年2月BasicResearchFebruary2013GPa，高于金刚石的硬度(70—90GPa)。他们提中，通过变化SN层的厚度模~r2Cr—Si—N纳米复出两相结构模型，以解释纳米复合膜超硬效应的合膜中的Si界面，详细研究siN层

8、厚以及沉积致硬机理。根据这一模型，由于Si，N与TiN的互参数对多层膜微观结构、界面结构和硬度的影不混融和非晶Si，N对晶粒的生长表面的润湿作响，有助于对c卜Si—N复合膜体系致硬机理的认用，在rri—Si—N纳米复合膜中形成了纳米晶TiN被识。Xu／-61利用射频反应磁控溅射在si(100)衬底非晶Si，N包裹的独