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。

闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术在PCB铣刀上的应用与研究

介绍了通过闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备出的超硬纳米梯度复合镀层在PCB铣刀上的应用,实验结果证明,镀层后铣刀的寿命提高到原来的4倍以上。采用SEM和TEM法,分析了镀层的组织与相结构,揭示了镀层提高铣刀寿命的原因。

闭合场非平衡磁控溅射离子镀复合金属镀层在PCB微钻中的应用

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术在PCB微钻上进行复合金属镀层处理,通过与无镀层微钻进行钻削试验对比,结果表明:复合金属镀层微钻使用寿命与未镀层微钻相比,可提高4倍;具有纳米结构的高硬度复合金属镀层显著提高了微钻的耐磨性。

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。

闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术概述

2磁控溅射离子镀2．1磁控溅射离子镀磁控溅射离子镀（MSIP）是指基体带有负偏压的磁控溅射镀膜工艺，它把磁控溅射的优点（成膜速率高、源为大平面源，有利于膜层厚度均匀）和离子镀过程的优点（能改变膜基界面的结合形式，提高膜基附着力，膜层组织致密等）结合在一起。

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。

非平衡磁控溅射结合电弧离子镀制备掺杂DLC硬质膜性能研究

将非平衡磁控溅射和电弧离子镀工艺相结合,并使用霍尔离子源辅助,制备了过渡层为Cr、掺杂Ti和N的DLC薄膜。对DLC薄膜的表面形貌、内部结构、力学性能以及电学性能进行了分析测试,结果表明:膜层中含有sp2键和sp3键结构,硬度达到HV(20g)2600以上,摩擦因数接近0.1,电阻高于2MΩ。

非平衡磁控溅射离子镀Cu-Nb纳米晶薄膜的微观结构及性能

研究了Nb含量对纳米晶Cu-Nb薄膜微观结构和性能的影响。使用非平衡磁控溅射离子镀技术,在具有(100)晶面的单晶Si基体和玻璃基体上制备不同Nb含量的Cu-Nb纳米晶薄膜,研究Nb含量对纳米晶Cu-Nb薄膜微观结构和性能的影响。将样品置于卧式真空退火炉中进行400℃退火,用配备了能量色散X射线光谱仪的场发射扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射仪、纳米压痕仪和四探针电阻率测试仪等分析了退火前后薄膜的微观结构、力学性能与电学性能。结果表明,沉积态Cu-Nb薄膜表面由致密的纳米晶组成,表面粗糙度最高仅为8.54 nm,且无明显的孔洞和裂纹等缺陷。随着Nb含量的增加,薄膜的平均晶粒尺寸下降5 nm,薄膜的硬度也因细晶强化而有所增加,在靶电流为1.3 A时达到最大值4.9 GPa。退火态样品在硬度、弹性模量、平均晶粒尺寸和表面粗糙度方面与沉积态薄膜相比有较小的变化,Cu-Nb薄膜表现出优良的热稳定性。Nb的加入可有效细化晶粒,达到细晶强化的效果,同时Cu-Nb不互溶的特性使得纳米晶薄膜在高温下也可保持较好的热稳定性。Nb靶溅射电流为0.5 A时薄膜综合性能最佳,此时沉积态Cu-Nb薄膜的电阻率最低,为3.798×10^(-7)Ω/m,硬度和弹性模量高达4.6 GPa和139.5 GPa,薄膜厚度为1050 nm,粗糙度R_(a)为4.70 nm。

柱弧离子镀和非平衡磁控溅射镀制备Ti-N-C黑色硬质膜

采用柱弧离子镀和中频孪生靶非平衡磁控溅射镀膜技术制备了Ti-N-C多层复合黑色硬质膜。采用轮廊仪扫描电子显微镜(SEM)、分光光度计、显微硬度计等手段研究了所得膜层的各项性能。结果表明,两种工艺都可以获得颜色较深的黑色硬质膜,柱弧离子镀制备黑色硬质膜的效率高、力学性能更好;中频孪生靶非平衡磁控溅射制备的黑色硬质膜表面光滑、颜色更深。

高密度等离子体增强非平衡磁控溅射沉积Cu膜研究

采用直流非平衡磁控溅射射频等离子体增强电高法在Si衬底上沉积了Cu膜，用扫描电镜（SEM）研究了沉积Cu膜的表面形貌并测得薄膜的厚度，用X射线衍射（XRD）研究了沉积Cu膜的结构，用电子能谱等对Cu膜进行了成分分析．实验结果表明，在该条件下沉积的Cu膜致密，晶粒尺度在100～1000nm，膜基界面比较紧密，没有明显的空洞，并且Cu膜呈（111）织构．通过实验，找到沉积Cu膜的最佳实验参数，并希望这一工艺能应用在集成电路中．

微波ECR等离子体源增强非平衡磁控溅射DLC膜的制备与表征

介绍了微波ECR等离子体源增强非平衡磁控溅射设备的结构和工作原理,详细叙述了利用该设备制备类金刚石膜的过程。Raman光谱证实了薄膜的类金刚石特性;采用原子力显微镜(AFM)观察薄膜的微观表面形貌,均方根粗糙度大约为1.9nm,结果表明薄膜表面非常光滑;利用CERT微摩擦计进行摩擦、磨损和划痕实验,薄膜的平均摩擦系数较小,大约为0.175;DLC膜和Si衬底磨损情况的扫描电镜图片相对比,可以看到DLC膜的磨痕小的多,说明薄膜有较好的耐磨性能;划痕测试结果表明制备薄膜临界载荷大约为40mN。

Langmuir探针诊断微波ECR非平衡磁控溅射等离子体

利用朗谬尔探针诊断了ECR非平衡磁控溅射等离子体,给出了微观等离子体参量随宏观工艺参量变化关系。实验测得基片架附近等离子体密度达到1010～1011数量级,电子温度在(5～10)eV之间。随溅射靶功率变化,等离子体密度在130W时取得最大值;同样随微波源功率变化,等离子体密度在功率为850W时也达到最大值。电子温度、等离子体空间电位变化与等离子体密度呈相同趋势。

射频等离子体增强非平衡磁控溅射沉积技术

介绍了射频电感耦合等离子体增强非平衡磁控溅射沉积技术的原理、实验性能。并用该技术在Si基片上沉积了Cu膜，研究了所成膜的结构、表面形貌及膜成分等，分析结果表明在该条件下沉积的Cu膜致密，晶粒尺度大约在100～1000nm，膜基界面比较紧密，没有明显的空洞，并且膜呈（111）织构。最后简要介绍了该技术应用的前景。

非平衡磁控溅射系统的离子束流控制

在非平衡磁控溅射沉积非磁性金属薄膜过程中,离子 原子到达比、沉积速率等参数是影响薄膜结构和性能的重要因素。根据非平衡磁控溅射沉积过程中离子的分布特点,分别考虑离子和中性粒子的传输,导出了对圆形平面靶非平衡磁控溅射沉积薄膜的放电功率、气压和离子束流密度等参数之间的关系,阐明了放电参数对于沉积过程离子束流密度等参数的影响。在Ar放电条件下,测量了系统的伏安特性;采用偏压平面离子收集电极测量了溅射系统轴向离子束流密度随不同的气压、溅射电流和空间位置的变化规律。结果表明模型分析的结论和实验数据的变化趋势相符合。

单晶硅非平衡磁控溅射等离子体基离子注入钼的XPS研究

采用非平衡磁控溅射及射频激励产生金属等离子体 ,在单晶基体Si上等离子体基离子注入钼。选择不同的靶基距 ,即不同的Mo沉积速率 ,研究了沉积速率对Si中Mo注入层的影响 ,用X光电子能谱 (XPS)对注入层中Mo的深度分布和化学态进行了分析。结果表明 :注入过程由两部分组成 ,即反冲注入 (包括级联碰撞引起注入原子的位移 )和金属的纯注入。随靶基距增大 ,沉积速率减小 ,样品表面沉积层厚度减小 ,注入层增厚。靶基距为 30 0mm时 ,纯注入层厚度与理论计算值接近。XPS多道分析判断有MoSi2

闭合场非平衡磁控溅射离子CrAlTiN镀层在PCB用微钻中的应用

采用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术在PCB微钻上进行复合金属镀层处理,通过与无镀层微钻进行钻削试验对比,结果表明:CrA lTiN镀层微钻使用寿命与无镀层微钻相比,寿命可提高3倍;具有纳米结构的高硬度镀层显著提高了微钻的耐磨性。

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。