磁控溅射NbSiN复合膜的微结构和性能

用磁控溅射方法制备了一系列不同Si含量的NbSiN复合薄膜。采用色散能谱仪、X射线衍射仪、纳米压痕仪、高温摩擦磨损仪表征复合膜的成分、微结构、力学性能以及室温和高温摩擦磨损性能。实验结果表明:NbSiN复合膜中只存在面心立方NbN结构,且呈(200)择优取向;Si的加入使复合膜硬度得到提高,Si含量为20.29%(原子分数)时硬度达到最大值32.1GPa,随着Si含量的进一步增加,复合膜的硬度逐步降低。室温和高温摩擦磨损实验结果表明,在室温时,NbSiN复合膜的平均摩擦因数在0.60～0.68之间,波动不大;而在650℃时,随着Si含量的增加,复合膜的平均摩擦因数从0.57降至0.42;650℃时的平均摩擦因数低于室温下的平均摩擦因数与氧化物的生成有关。

不同调制比NbSiN/VN多层膜微观结构、力学和摩擦性能研究

采用多靶共焦射频磁控溅射制备不同调制比的NbSiN/VN多层膜。利用X射线衍射、扫描电镜、能量色散谱、纳米压痕仪及摩擦试验机对薄膜的成分、相结构、力学及摩擦性能进行分析。结果表明,NbSiN/VN多层膜为fcc与hcp混合结构,NbSiN/VN多层膜的显微硬度随VN调制层厚度的增加而逐渐降低,室温条件下,以Al2O3为摩擦副的NbSiN/VN多层膜平均摩擦系数受调制比影响显著,随VN层厚度的增加,多层膜平均摩擦系数先降低后保持稳定。

NbSiN纳米复合膜的显微结构、超硬效应和机理的研究

采用NbSi复合靶,通过调节Nb与Si的比例,利用磁控溅射射频工艺,在单晶硅片上沉积不同Si含量的NbSiN纳米复合膜。利用X射线衍射仪、纳米压痕仪和高分辨透射电镜等,研究了Si含量对NbSiN纳米复合膜的微观结构和力学性能的影响。结果表明:随着薄膜中Si含量的增加,其结晶程度先升高,然后降低,硬度和弹性模量先增加后降低,当n(Si):n(Nb)=5:20时,NbSiN薄膜硬度和弹性模量均达到最大值33.6和297.2 GPa。微观组织观察表明,此时NbSiN薄膜内部形成Si_3N_4界面相包裹NbN纳米晶粒的纳米复合结构,Si_3N_4界面相呈结晶态协调相临NbN纳米晶粒间的位向差,并与NbN纳米晶粒之间形成共格外延生长,其微结构可用nc-NbN/c-Si_3N_4模型来表示,表明其超硬效应源于NbN基体相和Si_3N_4界面相之间形成的共格外延生长界面。

NbSiN薄膜的制备及光学性能研究

采用射频磁控溅射法,以铌靶和硅靶为靶材,在玻璃基片上沉积了NbSiN薄膜。研究了硅靶、铌靶功率、氮气流量以及溅射时间对薄膜光学性能的影响,得出实验室条件下的最佳制备工艺参数。测试结果表明,最佳工艺参数下制备的NbSiN薄膜均匀致密,主要成分为NbN、NbSiN、无定形的Si3N4及少量的SiO2和Nb2N2-xO3+x。光学性能分析表明,NbSiN薄膜在波长550nm处(人眼最敏感)的可见光透射率为90.5%,红外反射率约为28%,光学性能优异。