TiN/AlN纳米多层膜的研究

采用反应溅射法制备了ＴｉＮ／ＡｌＮ 纳米多层膜， 并通过ＸＲＤ， ＨＲＥＭ 和显微硬度计对多层膜的调制结构和力学性能进行了研究。结果表明： ＴｉＮ／ＡｌＮ 纳米多层膜有较好的调制结构。小调制周期时， ＡｌＮ 调制层以ＦＣＣ 结构在ＴｉＮ 调制层上外延生长。调制周期增大，ＡｌＮ 调制层中出现六方晶型。ＴｉＮ／ＡｌＮ 的显微硬度随调制周期的减小单调上升， 并在调制周期＝ ２ｎｍ 时达到最高值ＨＫ３２９３。硬度的增高极有可能是小调制周期时立方ＡｌＮ

双靶反应溅射Ti-B-N复合膜的研制

采用基片架旋转的多靶磁控溅射仪，通过六方氮化硼（ｈ－ＢＮ）和Ｔｉ靶反应溅射制备Ｔｉ－Ｂ－Ｎ复合薄膜，并用ＡＥＳ、ＸＲＤ和ＴＥＭ等方法研究了薄膜的微结构．结果表明，室温下沉积薄膜均呈非晶态，经过４００°Ｃ热处理薄膜晶化．基片加热为４００°Ｃ沉积的薄膜则已晶化，ＴＥＭ分析确定薄膜结构为ＴｉＮ结构．显微硬度表征发现，室温沉积Ｔｉ与ｈ－ＢＮ的原子数约为２∶１时的薄膜达到最高硬度ＨＫ２６００．

铝液在Al_2O_3上润湿性的改善

液态铝对 Al2 O3不润湿使该体系复合材料制备困难 ,性能也难以提高。本研究采用改进的座滴法装置测定了纯铝和 Al- La合金在 Al2 O3表面的润湿性 ,并用电子探针分析了 Al- La合金与 Al2 O3的界面。结果表明 :少量稀土元素La的加入可以使铝润湿 Al2 O3,其润湿角从 90 .5°减小到 80°左右。L a与 Al2 O3在液 /固界面反应生成 La2 O3是改善铝对 Al2 O3润湿性的主要原因。

TiN/AlN 纳米多层膜的制备及力学性能

采用多靶反应磁控溅射法制备了ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米多层膜，并通过ＸＲＤ、ＴＥＭ和显微硬度计对多层膜的调制结构和力学性能进行了研究．结果表明，反应磁控溅射法制得的纳米多层膜调制界面平直清晰；薄膜的硬度随其调制周期Λ的减小而单调增加，硬度在Λ＝２ｎｍ时达到最大值ＨＫ３２．９３ＧＰａ．

TiN/AlN 纳米混合膜的微结构及力学性能

通过双靶轮流反应溅射的工艺方法制备了ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米混合膜．采用ＸＲＤ衍射、ＴＥＭ和显微硬度等测试方法对ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米混合膜的微结构和力学性能进行了研究．结果表明，ＴｉＮ／ＡｌＮ纳米混合膜的晶粒大小为１０～２０ｎｍ；薄膜总体表现出硬度增强效果，在ＴｉＮ∶ＡｌＮ（体积比）≈１∶１时，薄膜硬度获得极大值ＨＫ３２．２５ＧＰａ．

纳米多层膜的微结构与超硬效应

对所研究的 8种纳米多层膜 (Ti N/Nb N、Ti N/Ta N、Ti N/Ta WN、Ti N/Al N、Nb N/Ta N、Ti N/Si3N4 、W/Si C和 W/Mo)的晶体结构、调制结构、生长方式和界面结构类型以及它们的超硬度效应特征进行了总结和讨论 .结果认为 ,界面共格应变或其他原因所导致的交变应力场对薄膜造成的强化作用是纳米多层膜产生超硬效应的主要原因之一 .

W/Mo超晶格薄膜的微结构研究

纳米多层膜因常出现物理或力学性能的异常而成为薄膜研究的热点之一。采用ＸＲＤ和ＴＥＭ技术研究了Ｗ／Ｍｏ纳米多层膜微结构。结果表明，Ｗ和Ｍｏ由于同为体心立方结构，且晶格常数相近，由它们交互重叠形成的纳米多层膜具有柱状晶穿过调制界面外延生长的结构特征，形成多晶超晶格结构。

TaN/NbN纳米多层膜的力学性能与耐磨性

采用反应溅射在多靶溅射仪上制备了调制周期小于 73 .2nm的一系列TaN/NbN纳米多层膜和TaN ,NbN单层薄膜 ,并采用透射电子显微镜、显微硬度计和凹坑研磨仪研究了薄膜的微结构、力学性能和耐磨性。结果表明 ,具有成分周期变化的TaN/NbN纳米多层膜在其调制周期为 2 3～ 17 0nm范围内产生硬度异常升高的超硬效应 ,最高硬度达到HK 5 1 0GPa ;磨损实验表明 ,TaN/NbN纳米多层膜耐磨性远高于TaN和NbN单层膜 ,其主要原因是调制结构中大量界面的存在 ,提高了薄膜的韧性。

W/Mo纳米多层膜的界面结构与超硬效应

研究了W/Mo纳米多层膜的微结构及超硬效应。W/Mo纳米多层膜采用磁控溅射技术制备,并采用XRD、TEM和显微硬度计研究了薄膜的微结构和硬度。结果表明,W/Mo纳米多层膜形成多晶外延生长的超晶格结构;界面共格畸变使W,Mo两调制层的晶面间距随调制周期的减小而相互接近,在多层膜中形成交变应力场,从而使薄膜得到强化。

W/SiC纳米多层膜的调制结构及调制界面

采用 XRD和 HREM技术研究了多靶磁控溅射法制备的 W/Si C纳米多层膜的微结构 .结果表明 ,在多层膜中 ,Si C调制层为非晶态 ;W调制层在大调制周期时为纳米晶 ,随调制周期减小逐渐转变为非晶态 .W/Si C纳米多层膜的调制结构界面平直、清晰、周期性好 ,而在原子尺度上 。

TiN/NbN纳米多层膜的微结构与超硬度效应

采用反应溅射法制备了一系列不同调制周期的 Ti N/Nb N纳米多层膜 ,并使用 X射线衍射分析 ( XRD)、透射电子显微镜 ( TEM)和显微硬度计表征了薄膜的调制结构、界面结构和显微硬度 .结果表明 :Ti N/Nb N多层膜具有周期性良好的调制结构 ,调制界面清晰、平直 ;薄膜呈现为多晶外延生长的面心立方结构 ;薄膜硬度出现异常升高的超硬度效应 ,并在调制周期为 8.3nm左右达到硬度峰值 ( HK 3 9.0 GPa)

梯度过渡涂层的制备

本文采用多靶磁控溅射技术制备ＴｉＣ／Ａｌ界面梯度过渡层，过渡层由ＴｉＣ和Ａｌ的成分梯度变化组成，其成分由Ａｌ基体侧平缓过渡到ＴｉＣ涂层侧。梯度过渡层的成分变化经ＡＥＳ测定，并用光学金相显微镜观察了涂层形貌。实验结果表明，当梯度层厚度大于某临界值后。

AlN/VN纳米多层膜的共格生长与超硬效应

研究了亚稳相立方AlN(c-AlN)在AlN/VN纳米多层膜中的形成条件以及c-AlN对纳米多层膜力学性能的影响。一系列不同调制周期的AlN/VN多层膜采用反应磁控溅射法制备,多层膜的微结构采用小角度X射线衍射和高分辨电子显微镜表征,利用微力学探针测量了多层膜的力学性能。结果表明:亚稳的c-AlN因VN的'模板'作用生成于小调制周期的纳米多层膜中,并与VN形成共格外延生长的超晶格柱状晶,从而使多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应。随调制周期的增大,c-AlN转变为稳定的六方结构(h-AlN),使多层膜形成纳米晶的'砖墙'型结构。此时多层膜的硬度和弹性模量与混合法则所得值相当。AlN/VN纳米多层膜在小调制周期下产生的超硬效应与c-AlN形成带来的性质变化以及c-AlN与VN形成共格结构所产生的界面交变应变场有关。

界面梯度对TiN／不锈钢涂层应力的影响

气相沉积表面涂层在科学技术各领域得到广泛应用，然而，由于涂层与基体在化学和物理性质上的差异，使得涂层与基体在界面两侧产生结构和性能上的突变，影响了涂层功能的充分发挥。为此，采用多靶磁控溅射技术制备了具有梯度过渡层的ＴｉＮ／不锈钢涂层，并研究了梯度层对涂层内应力的影响。研究结果表明：采用多靶磁控溅射技术，分别控制各靶的功率，能够精确控制梯度层的成份变化，制备不同厚度的镀层；应力分析显示，随梯度过渡层厚度的增加，涂层的内应力明显降低。

Cu－TiC纳米晶复合薄膜的研究

本文采用多靶磁控溅射技术，通过分别控制Ｃｕ和ＴｉＣ靶的溅射功率制取了不同ＴｉＣ含量的复合薄膜，采用ＸＲＤ、ＸＰＳ和ＴＥＭ技术分析了薄膜的组织结构，并测定了薄膜的硬度和电阻率。研究结果表明：随ＴｉＣ含量的增加，Ｃｕ－ＴｉＣ复合薄膜的晶粒逐步细化，直至形成纳米晶，与此相应，薄膜的硬度提高，导电性降低。

W/SiC纳米多层膜界面微结构研究(英文)

本文采用双靶交替磁控溅射方法制备了Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜，并用高分辨电镜对多层膜截面形貌及界面微结构进行了分析。结果表明：Ｗ／ＳｉＣ纳米多层膜具有良好的调制结构，其中Ｗ为多晶，ＳｉＣ为非晶，且Ｗ晶粒在垂直于膜面的方向上的长大受到调制周期的限制。Ｗ与ＳｉＣ形成完全非共格界面，该界面具有宏观平直而微观粗糙的特点。在界面上存在一个模糊的过渡层，该过渡层由Ｗ与ＳｉＣ的成份混合区和Ｗ的结构过渡区构成。

金属-绝缘体复合薄膜中的纳米颗粒形态控制

本文采用多靶磁控溅射仪旋转基片的方法，利用红外灯管加热基片，制备了不同基片温度的Ａｇ－ＳｉＯ２复合薄膜（１５．０ａｔ％Ｓｉ）。采用ＴＥＭ分析了薄膜的微观结构并测定了薄膜的电阻率。研究结果表明：通过改变基片温度，可以控制Ａｇ－ＳｉＯ２复合薄膜中Ａｇ粒子的形态；当基片温度高于３００℃时，复合膜中孤立的Ａｇ颗粒直径为１０～１００ｎｍ；薄膜的电阻率亦可通过基片加热在１０２～１０６μΩ·ｃｍ范围内改变。

评Veprek的nc-TiN/a-Si_3N_4模型和其“超过金刚石硬度”的实验基础

由于报道获得了超过金刚石的硬度,TiN/Si3N4纳米复合薄膜成为十多年来超硬材料和薄膜材料的重要热点。本文从实验基础方面对这类薄膜的Veprek模型和＂超高硬度＂进行了评述。在微结构方面,Veprek提出的非晶Si3N4包裹TiN纳米晶的结构模型（即nc-TiN/a-Si3N4）缺乏足够的实验依据,直接观察表明：高硬度薄膜中的TiN晶粒并非等轴晶,而是纳米直径的柱状晶。就Si3N4界面相来说也并非以1个单分子层（~0.3 nm）的非晶态存在,而是厚度约3个分子层（~0.7 nm）的晶体态,更重要的是Si3N4界面相与相邻的TiN晶体形成了共格结构。在制备技术方面,十余年来始终没有人在这类材料中重复出Veprek超过金刚石硬度的结果,Veprek不仅将其归咎于缺乏足够高的沉积温度和氮分压,甚至归咎于薄膜中存在不可避免的微量氧,但也缺乏足够的直接证据。在超高硬度的样品方面,Veprek所报道超过金刚石硬度（最高达138.9 GPa）的样品不但未经任何他人检测确认,而且现在这些样品已经不存在了。