离子束增强沉积制备TiB_2薄膜及其性能研究

用离子束增强沉积法（IBED）在硅及铜基体上沉积了TiB2薄膜，研究了轰击离子束能量和束流对薄膜的微结构及力学性能的影响。用俄歇电子谱（AES）分析了膜的成分及其界面状况，用X射线衍射（XRD）研究了膜的微结构，并测定了膜的硬度及进行了膜的高温氧化试验。结果指出：（1）离子束轰击使薄膜晶化，从而影响到膜的硬度及抗高温氧化性能；（2）离子束增强沉积的二硼化钛薄膜是一种耐高温氧化的高硬膜。

钛合金表面离子束增强沉积的Cr和CrMo合金膜层及其性能

利用多功能离子束增强沉积(IBED)设备, 在Ti6Al4V钛合金表面制备Cr和CrMo合金膜层, 以提高钛合金表面的耐磨性能。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、辉光放电光谱仪和显微硬度计分析和测试了 IBED膜层的结构、形态、成分分布、硬度和膜基结合强度的大小。利用球盘磨损试验机和电化学综合测试仪研究了IBED膜层的摩擦学性能和电化学腐蚀特性。结果表明, 利用IBED方法可以在难镀材料钛合金表面制备膜基结合强度高、结晶致密和晶粒尺寸达纳米级的高硬度Cr膜和CrMo合金膜层, 显著提高了钛合金表面的抗磨性能, 且膜层本身有很好的耐Cl-介质环境电化学腐蚀性能, 与钛合金基体之间有很好的接触腐蚀相容性。

离子束增强沉积氮化铝薄膜的电绝缘性能研究

AlN薄膜作为绝缘层材料,在微电子领域的高温高功率器件中有很大应用潜力。采用离子束增强沉积(IBED)法制备了AlN薄膜,采用X光电子能谱(XPS)和电容-电压/电流-电压(C-V/I-V)等方法对AlN薄膜的微观结构和绝缘性能进行了研究,得到了影响薄膜电绝缘性能的主要参数。研究结果表明,沉积过程中向IBED系统通入一定的氮气可有效提高薄膜的N/Al,使其接近化学计量比(从0.53∶1到0.81∶1)及电绝缘性能(击穿电场约为1.42MV/cm)。

钛合金表面离子束增强沉积MoS_2基膜层及其性能

将离子束增强沉积 (IBED)技术与离子束溅射沉积技术相结合 ,在钛合金表面制备了MoS2 ,MoS2 Ti复合膜。研究了膜层的形态、结构、膜基结合强度、硬度、摩擦学性能及抗微动 (fretting)损伤性能。结果表明 :所获膜层较纯溅射膜结合强度高、致密性好 ,复合膜中允许的金属元素含量大。通过恰当地控制复合膜中Ti的含量 ,可获得以 (0 0 2 )基面择优取向的MoS2 Ti复合膜 ,该膜层有较好的减摩和抗磨综合性能 ,能够显著地改善钛合金的常规磨损、微动磨损 (FW )和微动疲劳 (FF)性能 ,特别是在磨损严重的大位移整体滑移条件下 ,MoS2 Ti复合膜对钛合金FF抗力的提高作用可大于喷丸形变强化处理。

离子束增强沉积CrN膜层及其微动摩擦学性能研究

以不同氮离子辅助轰击能量制备CrN膜层,利用纳米压入仪及显微硬度计分别测试单晶Si片上膜层的硬度及断裂韧度K1C,使用XRD、XPS及EPMA分析离子轰击能量对镀层组织结构的影响。结果表明,采用能量较低的氮离子轰击得到的涂层,由于金属Cr的存在,涂层硬度虽有所降低,但断裂韧度K1C数值较高。选择较低的4keV辅助轰击能量,在M2高速钢基体上沉积CrN涂层,膜层在空气介质中表现出优异的耐磨减摩特性。但在水介质条件下,由于膜层接触区域的去钝化再钝化使腐蚀和磨损相互加速,导致CrN膜层摩擦系数,尤其是磨损量明显高于基材。

离子束增强沉积制备 Cr-N 薄膜及其摩擦学性能研究

利用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）技术制备了Ｃｒ－Ｎ薄膜，并对不同能量氮离子轰击所制备的薄膜组成进行了Ｘ射线衍射及光电子能谱分析，测定了涂层的断裂韧性值，并对涂层的摩擦学性能进行了研究．结果表明：在相同试验条件下，氮离子轰击能量影响Ｃｒ－Ｎ薄膜的相组成及取向，采用低能量氮离子轰击所得到的薄膜具有较高的断裂韧性和优异的耐磨性能．

离子束增强沉积制备CrN_x薄膜

利用离子束增强沉积（ＩＢＥＤ）技术制备了ＣｒＮｘ薄膜。对不同能量氮离子轰击所制备的薄膜进行了Ｘ射线衍射、Ｘ射线光电子能谱分析、膜层断裂韧性以及摩擦学性能研究。试验结果表明，在相同试验条件下，氮离子轰击能量影响ＣｒＮｘ薄膜的相组成及取向，低能氮离子轰击所制薄膜具有较高的ＫＩＣ数值，且表现出更优异的摩擦学性能。

离子束增强沉积和磁控溅射硫化钼薄膜的摩擦磨损性能研究

在离子束增强沉积的Ｓｉ３Ｎ４膜和ＴｉＮ膜的表面，分别利用离子束增强沉积法和磁控溅射法制取了ＭｏＳｘ薄膜．在ＳＲＶ摩擦磨损试验机上，对几种薄膜试样与５２１００钢试样作了对比试验研究，结果表明，两种ＭｏＳｘ薄膜都具有良好的摩擦磨损性能．其中，磁控溅射ＭｏＳｘ膜的减摩性能更好，而减摩持久性则是以离子束增强沉积ＭｏＳｘ膜的更好；两种ＭｏＳｘ膜的耐磨性比Ｓｉ３Ｎ４膜和ＴｉＮ膜的高３－４倍，比５２１００钢的高８－２０倍．两种ＭｏＳｘ薄膜显示出不同的减摩性能和耐磨寿命，主要原因在于ＭｏＳｘ溅射膜中的ｘ值（ｘ＜２）不同，以及膜的微观结构和界面成分的混合状态不同．

工艺因素对离子束增强沉积氮化硅薄膜组成与结构的影响

本世纪８０年代以来，利用各种表面技术将陶瓷材料涂覆于金属零件表面的研究发展很快，离子束增强沉积技术以其突出的优点更受到重视．利用这种技术合成陶瓷薄膜是一种新的物理气相沉积方法，而沉积薄膜的质量、性能和成膜速度都会受到工艺因素的影响．由于氮化硅陶瓷的硬度高，韧性和高温稳定性都比较好，是一种相当理想的耐磨材料，且其还有一定的自润滑性．因此，着重研究了氮离子束流和束压、氮离子与硅原子在基片上的到达比，以及不同基体对离子束增强沉积氮化硅薄膜的化学组成和晶体结构的影响．结果表明，薄膜中Ｎ／Ｓｉ原子比是随着离子原子到达比的增大而增大，要使氮与硅的原子比达到Ｓｉ３Ｎ４中的化学计量比１．３３，到达比就必须达到４；将氮离子束压由３ｋＶ增大到９ｋＶ，可以使薄膜中的氮含量明显提高，但继续增大束压，氮原子含量却反而逐渐降低；沉积在单晶硅基片上的Ｓｉ３Ｎ是非晶态，而沉积于５２１００钢片上的则是β－Ｓｉ３Ｎ４多晶体。研究结果可以作为优化制膜工艺的科学依据。

离子束增强沉积氮化钛膜改善硬质合金刀具抗切削损伤性能的研究

通过切削对比试验，考察了分别用离子束增强沉积法和离子镀法镀覆ＴｉＮ膜的硬质合金刀具和无镀层的同种硬质合金刀具的抗切削损伤性能．结果表明，在给定的试验条件下，有离子束增强沉积ＴｉＮ膜硬质合金刀具的切削距离远比无镀层刀具的长，也比有离子镀ＴｉＮ膜刀具的长，其前面和后面的损伤都很小．这是离子束增强沉积过程中各种参数可以分别调节，膜层质量易于控制，能够形成致密度高且与基体结合力强的硬质薄膜的结果．刀具切削损伤的原因主要有磨损和脆性损伤。

离子束增强沉积AlN薄膜的研究

利用离子束增强沉积 (IBED)法成功地在 Si(10 0 )衬底上合成了大面积均匀的非晶 Al N薄膜。 XRD和XPS测试结果证实该薄膜为非晶且无单质 Al和 N2 存在 ,随着 Al蒸发速率的提高 ,N/Al下降 ,在 0 .0 5 nm /s及0 .10 nm/s的蒸发速率下制得的薄膜 N/Al分别为 0 .40 2∶ 1和 0 .2 5 0∶ 1。SRP测试结果表明 ,随着 Al蒸发速率的提高 ,表面电阻下降 ,并且在 0 .0 5 nm/s的速率下制得的薄膜均匀致密 ,表面电阻高于 10 8Ω,绝缘性能良好 ,而当蒸发速率≥ 0 .2 5 nm/s时 ,薄膜绝缘性能迅速下降。AFM分析显示薄膜呈岛状分布 ,且 0 .0 5 nm/s制取的样品表面呈鹅卵石密堆积 ,颗粒均匀 ,表面比 0 .10 nm/s样品起伏平缓、光滑 。

离子束增强沉积纳米金属薄膜的摩擦特性

在原子力显微镜上对采用离子束增强沉积方法制备的4种纳米金属薄膜的摩擦特性进行了研究,分析了载荷和滑动速度对金属薄膜摩擦特性的影响,并对4种纳米金属薄膜的特性进行了比较。结果表明:铜薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而基本保持不变,镍薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而略有增加,钛薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而显著增加,而铝薄膜的摩擦力随着滑动速度的增加而减小;4种纳米薄膜的摩擦力均随着载荷的增大而增大,并且都存在一个载荷值,超过这个值,接触刚度增大,摩擦力急剧增加;4种薄膜中,铜薄膜的摩擦力最小,铝薄膜在载荷较大时的摩擦力最大;4种纳米金属薄膜摩擦特性的差异与薄膜的结构、形貌特征有关。

离子束增强沉积TiN薄膜界面结合强度的研究

采用划痕法测定了离子束增强沉积ＴｉＮ薄膜的界面结合力。结果表明，由于在离子束增强沉积过程中ＴｉＮ薄膜和基体之间生成一层厚约３０～４０ｎｍ的过渡层，从而大大改善了涂层的界面结合强度，其临界载荷可达１４０Ｎ，为一般ＰＶＤ和ＣＶＤ方法所生成的ＴｉＮ膜的３～４倍，并且发现它并不随膜厚的增加而变化。

离子束增强沉积碳膜及其在抑制电子发射中的应用

栅电子发射是影响行波管工作性能和制约其使用寿命的主要因素。国内研制的导弹雷达制导用行波管因存在严重的栅电子发射现象,寿命只有70h,不能付诸军事应用。采用离子束增强沉积的方法在栅网表面沉积一层碳膜后,可有效地抑制栅电子发射,使行波管寿命超过了1000h,在军事和航天领域获得了成功应用。报导了低能离子束增强沉积类金刚石薄膜和高能离子束增强沉积类石墨碳膜的制备技术、结构性能及其在抑制栅电子发射中的应用和机理研究的结果。

钛合金表面离子束增强沉积NiCr膜的耐腐蚀磨损性能

钛合金是难镀材料,采用离子束增强沉积法(IBED),在Ti6Al4V钛合金表面制备NiCr膜,以期改善其耐腐蚀磨损性能。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、辉光放电光谱仪、显微硬度计、划痕仪、静态压入和动态循环压法表征其形态、结构、成分分布、硬度、膜基结合强度和膜的韧性;通过电化学极化曲线、交流阻抗测试和电偶腐蚀试验评价改性层的耐蚀性和接触相容性;利用球-盘磨损试验研究了改性层在空气中和3.5%NaCl溶液中腐蚀磨损性能。结果表明:IBED膜基结合强度高、膜层致密、晶粒细小,具备优异的强韧综合性能,良好的耐NaCl溶液腐蚀性能;IBED NiCr膜在NaCl溶液中磨损量仅为Ti6Al4V合金的1/4.5,磨损明显减轻,呈磨粒磨损机制,且其在水溶液中的耐磨性能优于在空气环境中。

离子束增强沉积Ni、Ti纳米金属薄膜的表面形貌与摩擦特性研究

在原子力显微镜上对采用离子束增强沉积方法制备的N i、Ti纳米金属薄膜的形貌进行了观察,应用分形理论分析了薄膜表面的分形特征,并且对金属薄膜的纳米摩擦特性进行了研究,分析了载荷和表面力对金属薄膜摩擦特性的影响。结果表明,Ti薄膜晶粒细小,表面平整,而N i薄膜表面粗糙。N i、Ti沉积薄膜表面具有显著分形特征,各向同性。N i、Ti纳米薄膜的摩擦力均随载荷的增大而增大,并且都存在一个临界载荷值,超过这个值,摩擦力急剧增加。将分形理论和接触力学JKR模型结合,对纳米金属薄膜摩擦的临界载荷进行的预测与实验结果具有相同的趋势。

新型离子束增强沉积技术

离子束增强沉积技术是近年在离子注入技术基础上发展的新型材料表面改性技术，本文简要介绍多功能离子束增强沉积设备和应用技术研究，设备具有金属离子注入、气体离子注入、离子束增强沉积、磁控溅射沉积功能，进行材料表面改性和制备各种材料薄膜科学研究。

多元离子束增强沉积在新型薄膜材料上的应用

采用Ｎ＋＋Ｃｒ＋多元离子束增强沉积合成（ＴｉＣｒ）Ｎ膜层，对膜层进行了ＡＥＳ、ＴＥＭ和ＸＲＤ分析．测试了膜基体系的力学性能和电化学性能．与普通物理气相沉积相比，多元离子束增强沉积显示了开发新型薄膜材料的较强潜力．

钛合金表面离子束增强沉积膜层的环境适应性和接触相容性

利用离子束增强沉积技术在钛合金表面制备CrN硬质抗磨层和CuNiIn固体润滑膜层。通过电化学测试技术对比研究了膜层和钛合金基材在含Cl-介质中的抗蚀性能和接触腐蚀敏感性,利用高温静态氧化方法评价了膜层的抗氧化性能。结果表明:(1)CuNiIn膜层耐电化学腐蚀性能和抗氧化性能显著优于Cu,在含Cl-介质中与钛合金接触相容。(2)在含Cl-水溶液中,CrN膜层耐蚀性好,与钛合金接触相容;在HCl+HF混合酸中,CrN膜耐蚀性能远优于钛合金;抗氧化性能优于Ti。

离子束增强沉积技术

采用离子束增强沉积 (IBED)铜过渡层和电子束蒸镀铜膜结合制备的单质膜结构 ,比采用电子束蒸镀钛 铜多层膜结构工艺简单 ,且不增加光刻腐蚀工艺难度 ,铜膜沉积于低表面粗糙度 (Ry≤ 0 .1μm )的氧化铝陶瓷基片表面获得了良好的膜 基附着力。实验证明