调制比对TC4/ZrB_2多层膜结构和机械性能的影响

为研究不同调制比对TC4/ZrB_2(tTC4∶tZrB_2)纳米多层膜结构和机械性能的影响,采用磁控溅射镀膜技术在Si基底上设计制备了一系列具有不同调制比(tTC4∶tZrB_2)的TC4/ZrB_2纳米多层薄膜,利用X线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕系统对多层膜的晶体结构、断面形貌、硬度、弹性模量和膜基结合情况进行测量,并通过退火处理对多层膜的热稳定性进行分析.结果表明:界面的扩散和畸变抑制了两调制层的结晶生长,使多层膜呈非晶结构.在tTC4∶tZrB_2为1∶5时,多层膜的硬度和弹性模量均达到最大,分别为22.40 GPa和263.11 GPa.在550℃退火后,多层膜硬度增加约2.6GPa.分析认为,两材料的模量差和界面处形成的交变应力场强化了材料的硬度,而混合界面的存在增强了多层膜的高温稳定性能.

基底偏压对NbN-NbB_2纳米复合薄膜相变与力学性能的影响

利用多靶磁控共溅射技术,在不同基底偏压下制备了多组NbN-NbB_2纳米复合膜,用以探究偏压对复合膜显微结构和力学性能的影响.分别利用X线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)和纳米压痕仪对复合膜的结构、断面形貌、表面粗糙度及其硬度和弹性模量进行测试.实验结果表明:偏压为-160 V时,NbN-NbB_2复合薄膜中出现了立方相δ-NbN与六方相δ′-NbN的混合相,并以δ-NbN(111)晶面取向为主相;此时,复合膜结晶性最强,且具有非晶NbB_2穿插在结晶态NbN中和结晶态NbN紧密包覆非晶NbB_2的相互嵌入式复合结构,这种结构的形成使复合膜的硬度最高达到26.542GPa,弹性模量为291.154GPa;增加偏压至-200V时,复合膜中δ-NbN(111)逐渐向δ′-NbN(110)取向发生转变.退火处理后复合膜硬度值无明显变化,且趋于稳定,说明复合膜具有良好的热稳定性.

HfN/HfB_2纳米多层膜结构调制及其力学性能

为了进一步了解调制周期对HfN/HfB2纳米多层膜力学性能的影响,利用多靶磁控溅射技术,在Si(100)基底上制备了一系列具有相同厚度不同调制周期的HfN/HfB2纳米多层膜。利用XRD、TEM、XP-2台阶仪、纳米压痕仪及摩擦试验机分别分析了多层膜的结构特征、力学性能和室温下摩擦性能。结果表明,室温下沉积的多层膜呈现出结晶/非晶的混合结构;随着调制周期的增大,多层膜的结晶程度先增加后降低,其硬度和弹性模量也呈现出先升高后降低的趋势;当调制周期为40nm时,多层膜的硬度和弹性模量均达到最大值,分别为(36.72±1.3)和(378.41±5.6)GPa,并且此时多层膜具有较高的膜基结合力(Lmax=67.3mN)和较低的平均摩擦系数(0.061);在调制周期为20nm时,多层膜的残余应力达到最小值为-0.82GPa;经过高温退火后,多层膜的硬度和弹性模量均无明显变化,说明其具有良好的热稳定性;多层膜的结构和力学性能随调制周期的变化归因于晶粒的细化。