非平衡磁控溅射技术制备用于红外减反射的无氢碳膜(英文)

红外减反射保护膜具有特定的厚度要求,如能进一步减小无氢类金刚石膜(DLC)的光学吸收,就能使其在较大厚度时不过分损失光通量而得以广泛应用。从这点来讲,无氢类金刚石膜是一种极具开发潜力的材料。本文采用非平衡磁控溅射技术(UBMS)制备了无氢类金刚石膜,并研究了其厚度均匀性。研究结果表明:该非平衡磁控溅射装置有能力获得大于Φ150mm的均匀性范围。对DLC膜红外透射谱的分析表明,分别在Si和Ge基底表面单面制备的DLC薄膜,其峰值透射率在波数2983/cm时分别为68.83%和63.05%,这一结果接近无吸收碳材料理论上所能达到的值。同时,在5000到800/cm范围内,未发现明显的吸收峰。这些优良的光学特性表明,采用非平衡磁控溅射技术制备的无氢DLC膜可以作为窗口的红外增透保护膜使用。

非平衡磁控溅射沉积MoS_2-Ti复合薄膜结构与摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射法制备出不同Ti含量的MoS2-Ti复合薄膜并对其结构进行表征,采用显微硬度仪测量MoS2-Ti复合薄膜的显微硬度,在球-盘摩擦磨损试验机上评价其在大气中的摩擦磨损性能.结果表明:不同Ti含量的MoS2-Ti复合薄膜呈岛状生长模式,断面呈致密细柱状,结晶状态均为无定形态;薄膜的显微硬度随Ti含量增加而升高;MoS2-Ti复合薄膜在大气中的摩擦磨损性能优于MoS2薄膜,掺杂适当Ti可以使MoS2-Ti复合薄膜的摩擦曲线波动减小,耐磨寿命提高,在本试验研究范围内,含30%Ti复合薄膜的耐磨寿命最长,当Ti掺杂量达到50%时MoS2-Ti复合薄膜失去润滑性能.

非平衡磁控溅射氮化钛薄膜及其性能研究

采用非平衡磁控溅射技术,在钛合金(Ti6Al4V)表面沉积氮化钛薄膜。通过改变氮气和氩气分压比(PN/PAr)和基体偏压,制备出不同结构、性能的氮化钛薄膜。采用X射线衍射技术、原子力显微镜、PS-168型电化学测量系统、CSEM球盘摩擦磨损实验机、HXD-1000 knoop显微硬度仪等研究了薄膜的结构、表面形貌、耐腐蚀性能与机械性能。结果表明,采用非平衡磁控溅射技术制备出了致密的氮化钛薄膜。当PN/PAr较小时,氮化钛薄膜中存在Ti2N时,Ti2N相可以有效提高薄膜的硬度和耐磨损性能;当PN/PAr增加到0.1时,薄膜硬度达到最大,耐磨损性能最优;随着PN/PAr的继续增大,氮化钛薄膜中主要存在TiN相,氮化钛薄膜的复合硬度和耐磨损性能降低。在钛合金(Ti6Al4V)表面沉积氮化钛薄膜可以显著提高其在Hanks类体液中的耐腐蚀性能。

非平衡磁控溅射沉积Ta-N薄膜的结构与电学性能研究

采用直流反应非平衡磁控溅射技术在单晶Si（100）和玻璃表面沉积氮化钽（Ta-N）薄膜。分别测试了薄膜的结构、成分、电阻率和吸收光谱，研究了氯氩流量比（N2：Ar）变化对Ta—N薄膜的结构和电学性能的影响。研究结果表明随N2：Ar增加，依次生成六方结构的γ-Ta2N、面心立方结构（fcc）的δ-TaNx体心四方结构（bct）的TaNx；N2：Ar在0．2～0．8的范围内，Ta—N薄膜中只存在着fcc δ-TaNx；当N2：Ar〉1之后，Ta—N薄膜中fCC δ-TaN，和bct TaNx共存。Ta—N薄膜电阻率随N2：Ar流量比增加持续增加，当N2：Ar为1．2时，薄膜变为绝缘体，光学禁带宽度为1．51eV。

钛合金表面非平衡磁控溅射制备氮化钛薄膜性能研究

本文利用非平衡磁控溅射技术,通过改变薄膜沉积时氮气和氩气分压比(PN/PAr)和靶基距,在Si(100)和钛合金(Ti6A14V)基体上制备了氮化钛薄膜。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、HXD^1000显微硬度仪和(CSEM)销盘摩擦磨损实验机对氮化钛薄膜的晶体结构、断面形貌、显微硬度和耐磨性进行了表征。研究发现,利用非平衡磁控溅射制备出致密的氮化钛薄膜,PN/PAr较小时,氮化钛薄膜中存在Ti2N相,Ti2N能够提高薄膜的硬度与耐磨性,随着N2/Ar的提高,薄膜硬度、耐磨性提高,当PN/PAr达到0.1时,随着N2/Ar的提高,薄膜硬度、耐磨性降低。结果表明,在钛合金表面制备氮化钛薄膜可以显著提高钛合金表面硬度与耐磨性,在改善用于人工心脏瓣膜的力学性能,提高人工心脏瓣膜的瓣架耐磨性,提高人工心脏瓣膜的寿命方面有较广阔的应用前景。

封闭磁场非平衡磁控溅射偏压对CrN镀层摩擦学性能影响

采用Teer UDP 650型闭合场非平衡磁控溅射离子镀设备沉积CrN镀层,通过调变偏压获得不同结构和性能的CrN镀层。试验用划痕法测定了镀层结合强度、用球-盘方法测定了镀层摩擦系数和比磨损率、用压入法评价镀层韧性,硬度测试在维氏硬度计上进行。实验结果表明,随着溅射偏压的升高,离子速流提高,偏压过低或过高均使沉积速率下降,-50V^-70V偏压时沉积速率基本保持稳定。CrN镀层的硬度随偏压的升高而升高,但伴随着韧性的下降。高偏压下沉积的镀层摩擦系数呈下降趋势,偏压在-40V^-70V间制备的镀层对磨WC球时几乎不磨损,但当偏压从-70V提高到-80V时,磨损明显加剧。

非平衡磁控溅射CrTiAlN镀层摩擦学性能分析

为探讨C rT iA lN镀层高硬度、低磨损机理,应用UDP850/4镀层设备,在高速钢和单晶硅基体上制备了C rT iA lN复合镀层,并测试了其力学性能和摩擦学性能,采用XRD、SEM、TEM等手段对镀层微观组织结构进行了分析。结果表明:在75 V负偏压下沉积的镀层具有显微硬度高、摩擦系数小,磨损率低,膜/基结合和韧性良好;镀层由C rN、T iN、A lN、C r2N和T i2N等纳米晶组成;纳米晶粒弥散于非晶的结构是硬度增强的机理;良好的膜基结合、韧性好和低摩擦系数是镀层具有低磨损的原因。

非平衡磁控溅射CrTiAlN涂层的耐腐蚀性能

采用非平衡磁控溅射技术,在304不锈钢表面沉积CrTiAlN硬质涂层,测定和研究涂层组织结构和耐腐蚀性能,探索提高奥氏体不锈钢表面性能和耐腐蚀性能的可能性。基于奥氏体不锈钢在含氯离子酸和非氧化性酸中缺乏足够抵抗力的特点,腐蚀介质选用了0.5Mol/L的NaCl水溶液。结果表明CrTiAlN涂层试样表现了优异的表面性能和耐腐蚀性能,特别是对于提高304不锈钢耐点蚀的能力有很大作用。

非平衡磁控溅射沉积类石墨膜及其摩擦磨损性能研究

利用全封闭非平衡磁控溅射技术制备了高硬度类石墨膜,对不同工艺所制备的薄膜进行了微观分析,测定了薄膜的厚度、膜基结合强度和硬度,并考察了薄膜的摩擦学性能和腐蚀性能.结果表明:采用全封闭非平衡磁控溅射方法制备的以sp2杂化为主的类石墨膜具有高硬度、低摩擦系数和良好的抗磨及抗腐蚀性能;摩擦系数随载荷的增大而减小,而磨损率同硬度呈反比关系;加入适量Cr可软化薄膜,提高膜基结合强度,从而优化薄膜的性能.

闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术在切削刀具上的应用

闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制膜时镀层设计不受元素化合价及相图的限制,工艺控制简单,可以方便地设计镀层的成分和结构,且膜/基结合性能突出。研究了用该技术制备的硬质CrTiAlN梯度膜,该膜具有良好的结合力和韧性,在无润滑切削条件下,适用不同的切削方式:对于普通高速钢钻头提高寿命数十倍,同时扩展工件材料至高强度钢;对断续式的铣削黄铜,可提高寿命25倍;对于加工PVC板的微钻,寿命仍可提高4倍以上。

沉积压力对非平衡磁控溅射沉积MoS_2-Ti复合薄膜的结构与性能影响研究

采用非平衡磁控溅射沉积技术制备MoS2-Ti复合薄膜,研究了沉积压力对薄膜的结构和性能的影响。利用XRF、轮廓仪和XRD分析测试薄膜的成分、厚度和晶相结构,用CSEM薄膜综合性能测试仪测试薄膜的硬度和与基底间的附着力,用球-盘摩擦试验机和真空环模系统评价薄膜的真空摩擦磨损性能。结果表明:降低沉积压力使溅射粒子的平均自由程变大,薄膜沉积过程中再溅射作用加强,对薄膜的结构和性能产生较大的影响。沉积压力升高,薄膜中S和Mo原子比和Ti质量分数随之增大,变化范围分别为1.50～1.77和5.8%～8.1%,薄膜沉积厚度先增大后减小,薄膜晶相结构从明显的(002)基面优势取向向准晶态转变;薄膜的硬度、与基底间的附着力都随沉积压力的升高而降低,薄膜硬度变化范围是5.7～3.5GPa,薄膜与基底间附着力变化范围是100～75mN;薄膜在真空环境中的减摩性能不受工作压力变化影响,摩擦因数平均值为0.02,波动范围为0.01～0.04,薄膜耐磨寿命随沉积压力升高依次为9000,21500,28000,18000m,工作压力低时再溅射作用破坏了MoS2分子层间的滑移能力从而使其耐磨寿命降低。

非平衡磁控溅射制备CrTiAlN/GLC复合涂层的表面性能及摩擦磨损性能研究

采用非平衡磁控溅射技术在新型冷作模具钢表面制备CrTiAlN/GLC复合涂层,并应用拉曼光谱(Raman)、纳米压痕、磨损试验等测试方法分析与考察该复合涂层的组织结构、纳米硬度、结合强度和摩擦磨损性能。结果表明:CrTiAlN/GLC复合涂层由CrTiAlN和以sp2为主的非晶及微晶结构GLC组成,其纳米硬度(17.38 GPa)介于CrTiAlN与GLC单一涂层之间,但有最高的弹性模量(186.35 GPa),并与基体结合状况良好(临界载荷Lc≥60 N)。此外,复合涂层还明显地改善了基体表面的摩擦学性能,干摩擦系数为0.1～0.35,油润滑磨损率(<0.7×10-12mm3/N.mm)约为基体(1.36×10-12 mm3/N.mm)的50%。

非平衡磁控溅射TiC_xN_(1-x)薄膜微结构及性能分析

为了研究不同沉积条件下TiCxN1-x(0≤x≤1)薄膜的相结构、显微硬度及摩擦性能的影响因素,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪分析薄膜的形貌和相结构,用HXD-1000数字式显微硬度计、MCMS-1摩擦磨损仪测试薄膜的硬度和摩擦系数.研究结果表明:TiN,TiC薄膜显示出〈111〉择优取向生长趋势,Ti(C,N)有较强的〈200〉取向,Ti(C,N)衍射峰涵盖了TiN峰和TiC峰,薄膜存在TiN和TiC两相共存.与TiN,TiC相比,Ti(C,N)薄膜具有更高硬度,当C原子含量x=0.582时,Ti(C,N)薄膜硬度达到最大值为33.6 GPa,且表现出更低的摩擦系数和更好的耐磨性能.

非平衡磁控溅射掺Ti类金刚石薄膜的结构分析

采用非平衡磁控溅射沉积技术在SCM415渗碳淬火钢基片上沉积了无氢Ti掺杂类金刚石(Ti-DLC)薄膜和无氢高纯类金刚石(DLC)薄膜,通过调节Ti靶的溅射功率使获得的Ti-DLC薄膜Ti含量(原子分数)为1.9%—34%.利用Raman分光光谱仪、XPS,XRD、显微硬度计及纳米划痕仪分析研究了Ti-DLC的组织结构、显微硬度及薄膜附着力.结果表明,利用非平衡磁控溅射得到的Ti-DLC薄膜,在Ti含量小于25%时,Ti-DLC薄膜仍具有类金刚石薄膜的sp^2,sp^3结构,但Ti的掺杂促进了sp^3键向sp^2键的转变.掺杂的Ti以TiC纳米晶的形式存在于非晶态的DLC中.掺杂Ti后薄膜的硬度明显降低,而薄膜附着力明显改善;但是当Ti含量超过3%后,薄膜附着力无明显变化,硬度逐渐回升.

非平衡度和闭合状态对磁控溅射离子镀过程的影响

利用非平衡磁控溅射离子镀技术于不同磁控管非平衡度和磁场闭合状态下在单晶硅基体上制备出Cr镀层,采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪分析了不同生长阶段Cr镀层的微观形貌、表面粗糙度和晶体择优生长趋势的变化。结果表明:磁控管非平衡和磁场闭合状态的改变显著影响着Cr镀层生长过程中的结晶取向、表面粗糙度和致密度。不同非平衡度下,Cr镀层组织为疏松的柱状晶体组织,镀层表面粗糙度随磁控管非衡度的增大而增大。随着磁场闭合程度的增加,Cr镀层组织由疏松的柱状晶体组织,向较致密的柱状晶体再向致密的无明显柱状晶体的组织转化,镀层晶体有沿低能量(110)晶面生长向高能量(200)晶面过渡择优生长的趋势。

工艺参数对非平衡磁控溅射Ti/TiN/Ti(C,N)薄膜硬度的影响

采用中频非平衡磁控溅射工艺,在316L不锈钢、高速钢和硬质合金3种基体材料上制备Ti/TiN/Ti(C,N)膜系的硬质薄膜。通过改变工作气氛、基体负偏压等工艺参数,对制备薄膜的硬度进行检测分析,结果表明:在Ti(C,N)薄膜的制备中,工作气氛和基体负偏压是影响薄膜硬度的主要因素。当工作气体的通入比例C2H2/(N2+Ar)<1/9时,薄膜硬度较高。当通入的乙炔(C2H2)流量增加时,会明显降低薄膜硬度。当基体负偏压在一定范围内增加时,薄膜硬度随之逐渐提高;当负偏压增加到200 V时,薄膜硬度最大;负偏压超过200 V,薄膜硬度明显下降。基体材料对薄膜硬度的影响较大,在不同基体材料上镀制同一种硬质薄膜时,薄膜硬度不同;3种基体材料上沉积薄膜的硬度数316L不锈钢基体上的薄膜硬度最低。

铀表面非平衡磁控溅射离子镀Ti基薄膜的组织结构与腐蚀性能

金属铀的化学性质十分活泼,极易发生氧化腐蚀。本文采用磁过滤多弧离子镀在金属铀表面制备Ti过渡层,然后采用非平衡磁控溅射离子镀技术制备了Ti、TiN单层膜及Ti/TiN多层薄膜,以期改善基体的抗腐蚀性能。采用X射线衍射、极化曲线、盐雾腐蚀试验对镀层的结构、表面形貌、抗腐蚀性能进行了分析。结果表明,采用磁控溅射在金属铀表面制备一层Ti/TiN多层膜后,多层膜界面较清晰,大量的界面可终止柱状晶的生长,细化晶粒,提高镀层的致密性,有效地改善了基体的抗腐蚀性能。

非平衡磁控溅射沉积TiC/a-C多层膜的组织结构

本文采用非平衡磁控溅射沉积技术,分别以石墨和甲烷气体为碳源,制备TiC/a-C多层膜。利用X-射线衍射仪、透射电子显微镜、俄歇电子能谱仪和拉曼光谱仪等实验手段对所沉积的TiC/a-C多层膜的组织形态、结构及成份进行了分析。结果表明:所制备的两种TiC/a-C薄膜中,TiC的晶粒呈柱状生长;用溅射石墨靶方法获得的TiC/a-C薄膜,无明显的层状结构,a-C相为石墨化和非石墨化的碳原子构成,碳原子的有序化程度较大;而采用甲烷气体为碳源沉积的TiC/a-C薄膜,呈规则的分层结构,碳原子的有序化程度低。采用过渡层及添加适当的金属元素能改善膜/基的结合强度。

靶电流对非平衡磁控溅射制备无氢碳膜结构与性能的影响

利用非平衡磁控溅射(UBMS)技术在硅基片上制备了无氢碳膜,并采用Raman光谱、X射线衍射、傅立叶变换光谱等手段对不同靶电流下沉积的薄膜的微观结构、沉积速率、粗糙度、表面接触角及红外透过率进行了研究。试验结果表明:随着靶电流的增大,薄膜的沉积速率增大,薄膜中sp3键含量增加,薄膜表面接触角增大,红外透过率增大;而薄膜的粗糙度随靶电流增加而减小。靶电流是影响非平衡磁控溅射制备无氢碳膜结构与性能的1个主要因素。

非平衡磁控溅射无氢DLC增透膜的研制

非平衡磁控溅射(U BM S)技术近年来得到了广泛地应用。采用该技术制备的类金刚石薄膜(DLC)具有许多独特的性质。本文利用正交实验方法,对非平衡磁控溅射技术制备无氢DLC膜增透膜进行了研究,得到了影响薄膜光学性能的主要因素和最佳的制备工艺。结果表明,非平衡磁控溅射制备的无氢DLC膜具有较宽的光谱透明区,锗基底单面沉积DLC膜,其峰值透射率达到61.4%,接近理论值。