采用磁过滤MEVVA源制备DLC膜的研究

采用磁过滤MEVVA沉积技术以石墨为阴极在几种衬底表面 (单晶硅、不锈钢和工具钢等 )上制备高质量类金刚石 (DLC)薄膜。实验结果表明 ,沉积能量对薄膜的sp3键含量的影响为先随能量的增加而增加 ,达到最大值后 ,再增加沉积能量含量反而下降。硬度测试结果表明 ,非晶金刚石薄膜具有极高的硬度 ,为 70～ 78GPa ,远远高于衬底材料的硬度值 .对非晶金刚石薄膜的摩擦性能试验结果表明 ,非晶金刚石薄膜的摩擦因数为 0 .16～ 0 .2 ,大大低于衬底材料 .

MEVVA离子束技术的发展及应用

金属蒸汽真空弧放电能够产生高密度的金属等离子体.通过二或三电极引出系统,可以把金属等离子体中的金属离子引出,并加速成为载能的金属离子束,这是MEVVA离子源技术.将载能离子束用于离子注入,可以实现材料表面改性.经过MEVVA源离子注入处理的工具和零部件,改性效果显著,因此MEVVA离子源在离子注入材料表面改性技术中得到很好的应用.另一方面,利用弯曲磁场把等离子体导向到视线外的真空靶室中的同时,过滤掉真空弧产生的液滴(大颗粒),当工件加上适当的负偏压时,等离子体中的离子在工件表面沉积,可以得到高质量的、平整致密的薄膜,称为磁过滤等离子体沉积.是一种先进的薄膜制备的新技术.此外,将MEVVA离子注入与磁过滤等离子体沉积相结合的复合技术,可以首先用离子注入的方法改变基材表面的性能,再用磁过滤等离子体沉积的方法制备薄膜,可以极大的增强薄膜与基材的结合强度,得到性能极佳的薄膜.适用于基材与薄膜性能差别大,结合不易的情况(例如陶瓷、玻璃表面制备金属膜).本文简要介绍了MEVVA离子注入技术、磁过滤等离子体沉积技术和MEVVA复合技术的发展和应用状况.

MEVVA源离子注入陶瓷刀具表面改性研究

首次采用金属弧(MEVVA)源对氧化铝、氮化硅等陶瓷刀具进行了注入金属钛、锆和铬离子改性研究,确定了注入剂量与陶瓷刀具性能之间的关系。改性后陶瓷材料表观纳米硬度、杨氏模量和抗弯强度分别增加51%、41%和66%;最大残余应力为0.63 GPa。陶瓷刀具在最佳剂量下进行改性后,表面光洁平整,平均表面粗糙度低于50 nm。刀具寿命比改性前提高2～12倍,其中Al_2O_3陶瓷刀具注入金属铬改性效果最佳。

MEVVA源引出离子束流分布均匀性的初步研究

通过采用加会切磁场、增大离子源阴极与阳极距离并限制源等离子体发射角，从而使源阳极电位高于等离子体电位和采用改变源阳极结构──仅用阳极筒──从而改变弧放电路径这３种方法，对改善ＭＥＶＶＡ源引出离子束流密度分布的均匀性进行了初步的研究。第３种方法从根本上改变了ＭＥＶＶＡ源引出束分布的高斯分布特性，在合适的条件下可能得到更为均匀的束流密度分布。

50型MEVVA源离子注入机

详细介绍了 5 0型强束流、大束斑MEVVA源注入机的结构和各项性能 .5 0型MEVVA源注入机是北京师范大学低能核物理研究所于九五期间承担的“八六三”计划项目“先进离子束注入技术的工业应用”所取得的成果 。

MEVVA源离子注入金属表面优化应用

针对几种钢部件的磨损、耗能问题，本课题组应用ＭＥＶＶＡ源离子注入技术，对Ｈ１３、Ｔ１０Ａ、ＨＳＳ、Ｃｒ１７等钢材料进行了离子注入表面改性研究，得出了提高钢耐磨性和改善其固体自润滑的一套有用的离子注入工艺．

MEVVA源金属离子注入和金属等离子体浸没注入

MEVVA源金属离子注入技术和金属等离子体浸没注入技术MePIII的共同特性是强流金属离子注入。它们各具长处，相互补充，共同发展。前者因无鞘层重叠问题和其方向强的特点，特别适用于小件、简单件的大批量金属离子注入处理，能保证处理的均匀性和高效率。后者因无视线加工限制并克服了保持剂量问题，特别适用于处理体积较大、形状复杂的工件，能保证工件所有暴露表面的加工均匀性，调整工作参数，还能进行金属膜沉积和各种沉积/注入比例的动态增强沉积金属、合金及化合物膜制备。综述上述二者的开发、工作原理、材料表面改性研究和工业应用新进展。

MEVVA离子源金属掺杂蓝宝石着色的研究

利用金属蒸气真空弧 (MEVVA)离子源将金属离子 (Co+ ,Fe+ 和Nd+ )掺杂到无色人工合成蓝宝石中 .研究在不同元素的注入条件下和退火过程中蓝宝石的着色情况 .利用RBS研究掺杂元素在蓝宝石表面的分布状况 ,XRD分析蓝宝石金属掺杂层的物相变化 .通过对金属掺杂蓝宝石的可见光吸收的测试 ,获得掺杂元素与蓝宝石着色的关系 .

WC-CO硬质合金的MEVVA源离子注入表面改性研究

采用了卢瑟福背散射、俄歇电子能谱和X射线衍射等现代表面分析技术，研究了Ta离子注人和Ta+C双注入的钻粘结碳化钨（WC－Co）硬质合金表面的微化学和微结构变化．在此基础上，进行了进口和国产的WC－Co刀具的Ta注入和Ta＋C双注入的表面改性研究，取得了明显的应用效果．

MEVVA离子源等离子体密度测量

采用静电探针方法测量了ＭＥＶＶＡ（金属蒸汽真空弧）离子源中的等离子体。得到了单探针、双探针的特性曲线，等离子体电子温度和等离子体离子密度以及离子密度随离子源轴向的变化和径向分布，其中离子密度随离子源径向的分布近似为高斯分布。还研究了等离子体密度与弧流的关系，并采用加会切磁场的方法试图改善等离子体密度的径向分布的均匀性，得到了一些有益的结果。

MEVVA离子源制备Fe/Si系薄膜的颗粒污染问题

研究了M EVVA离子注入机在F e/S i系薄膜制备过程中产生的颗粒污染问题以及颗粒污染对薄膜质量带来的影响。选取不同制备条件下的F e/S i薄膜,采用电子探针、透射电镜等分析手段对颗粒污染给F e/S i薄膜所造成的影响进行了详细的分析和讨论。分析结果表明,M EVVA源离子注入机产生的颗粒污染主要包括F e、A l、C、O等几种元素,这其中F e和A l元素的污染较为严重。不同注入时期引入的颗粒对F e/S i系薄膜的质量会产生不同程度的影响,针对不同的影响可以找到一些解决方法来克服薄膜质量下降的问题。

MEVVA源离子注入合成钕硅化物的研究

用MEVVA离子源将稀土Nd离子注入到硅基片中 ,可以合成出性能良好的钕硅化合物。用电子显微镜和X射线衍射对样品进行了观测 ,随着退火温度的升高 ,注入层的薄层方块电阻R□ 显著下降 ,注入层形成Nd5Si4 和NdSi两种硅化钕相 ,并逐渐向NdSi相转变。

利用MEVVA源的离子混合形成氮化钛薄膜

研究采用了ＭＥＷＡ源等离子体浸没离子注入的方法。利用钛的等离子体的沉积与自身离子的注入．形成ＩＢＡＤ效应。在氮气气氛环境下，在ＡＩＳ１３０４不锈钢表面获得了氮化钛膜。ＡＦＳ结果表明，由于钛的高电荷态和重离子效应使得钛与基体获得了较厚的原子混合层。

阴极真空弧沉积中MEVVA源两种工作状态的比较

介绍了阴极真空弧沉积中，弧源在阴极接地和阳极接地2种不同工作状态下的工作特性．发现阳极接地时，因沉积靶室入口法兰的第二阳极作用，聚焦磁场对孤源放电稳定性的影响不如阴极接地时明显．因此可以加较高的聚焦磁场，从而获得电流较大和较稳定的沉积离子束．

MEVVA离子源(Si,Er)双注入热氧化SiO_2/Si薄膜近红外光致发光的研究

利用金属蒸发真空弧(MEVVA)离子源将Si和Er离子双注入到不同厚度热氧化SiO_2/Si薄膜,获得高浓度Er掺杂硅基发光薄膜。RBS分析表明,稀土元素Er离子掺杂到热氧化SiO_2/Si薄膜中的Er原子浓度百分比达到～10at.％,即Er原子体浓度为～10^(21)/cm^3。这是高能离子注入所不能达到的,它为稀土Er离子高掺杂硅基发光薄膜的制备提供了一个新途径。XPS研究发现,热氧化SiO_2膜厚,溅射保留量多;Er以固溶态存在。在77K下,我们获得了近红外区1540 nm处较强的光致发光。氧离子对Er掺杂热氧化SiO_2/Si薄膜近红外光致发光起了很大作用,发光强度提高了3～5倍。

MEVVA离子注入技术制备DLC:Ni多层厚膜

采用金属蒸汽真空弧(Metal Vapor Vacuum Arc,MEVVA)离子源注入技术,将Ni离子注入到类金刚石(Diamond-like Carbon,DLC)膜中,并重复沉积和注入过程,制备出2个层数分别为10层和15层、厚度达1.0μm和1.5μm、注入剂量不同的DLC:Ni膜样品。性能测试结果显示,膜内应力得到有效释放,膜基结合紧密,仍保持较高sp3含量以及较高硬度和弹性模量,是一种制备DLC厚膜的有效方法。

MEVVA磁过滤等离子技术制备的Fe纳米颗粒薄膜结构

利用MEVVA磁过滤等离子沉积技术制备了纳米厚度的Fe颗粒薄膜,并利用原子力显微镜和场发射扫描电子显微镜对其结构进行了系统分析。分析结果表明,由于磁过滤的作用,所制备的Fe纳米薄膜结构均匀,不存在由于电弧蒸发引起的大颗粒沉积现象。等离子体不同沉积角度直接影响纳米薄膜的微观结构,随着沉积角度从90°下降到30°,纳米薄膜的结构由起伏变化的纳米聚晶结构逐渐转变为尺度和表面分布均匀的纳米晶结构。经过高温热处理,相比于垂直沉积的纳米薄膜,30°倾斜沉积制备的薄膜微观结构中大晶粒的数量显著下降,形成颗粒分布较好的纳米颗粒薄膜。

MEVVA注入法合成SiC/Si异质结构的椭偏光谱研究

利用ＭＥＶＶＡ（ｍｅｔａｌｖａｐｏｒｖａｃｕｕｍａｒｃ）离子源进行离子束合成，制备了Ｃ＋离子注入单晶Ｓｉ衬底的样品，并利用椭偏光谱法研究了退火和未退火两种情况．椭偏光谱测量波长范围为４００～２０００ｎｍ．通过对所测量样品的椭偏光谱数据分析，可得到离子束合成ＳｉＣ／Ｓｉ异质结构的多层膜结构．椭偏光谱法的测量结果证实：退火样品形成了ＳｉＣ埋层，即使进行高温、长时间退火处理。

磁场对麦瓦(MEVVA)离子源电荷密度分布的影响

为解决麦瓦(MEVVA)离子源束流的径向分布均匀性问题,采取了加入会切磁场的方法.会切磁场的安放位置不同得到束流分布均匀性的程度不同.另外,如安放一纵向磁场对分布的均匀性也有改善,但不如在合适位置安放会切磁场的效果好.

MEVVA源离子注入在宝石着色中的应用

利用金属蒸气真空弧 ( MEVVA)离子源将金属 Fe,Co,Cr,Ti和 Nd离子注入无色人工合成蓝宝石。在一定的注入条件下和退火过程中 ,获得了不同颜色的蓝宝石。利用 RBS和 XRD分析了掺杂层中的金属元素浓度分布和物相变化 ,对退火态样品的可见光吸收谱进行了分析 ,探讨了掺杂元素种类。