ZrN/W_2N纳米多层膜的调制比对其性能的影响

利用射频磁控溅射系统制备了调制周期为30 nm的具有不同调制比例的ZrN/W2N纳米多层膜。研究表明:ZrN/W2N纳米多层膜的界面清晰,通过把ZrN周期性地插入到W2N层,多层薄膜的整体应力得到缓解。在调制比tZrN∶tW2N=2∶3时,纳米多层膜的应力值最小。多层膜的硬度和弹性模量基本高于ZrN和W2N单层材料的平均值,随着调制比的减小,它们的值均有上升趋势,并在tZrN∶tW2N=2∶3时分别达到最高值34 GPa和424 GPa,同时多层膜的膜基结合强度也达到最佳效果,其临界载荷超过了100 mN。多层膜的机械性能改善明显与其调制层结构和多晶结构有着直接的联系。

Ar/N2气体比例对ZrN/WN纳米多层膜的结构和性能的影响

选择Zr和W的氮化物作为个体层材料,利用FJL560CI2型超高真空射频磁控与离子束联合溅射系统制备ZrN,WN及一系列的ZrN/WN多层薄膜.通过X射线衍射仪,俄歇电子能谱和纳米力学测试系统分析了该体系合成中Ar/N2气体比例对多层膜结构与机械性能的影响.结果表明:多层膜的纳米硬度值普遍高于两种个体材料混合相的硬度值;当流量比FAr:FN2=5时W2N的(111)峰加强并出现(200)峰,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量以及膜基结合性能均达到最佳效果.

Ar/N_2气体比例对ZrN/WTiN纳米多层膜的影响

选择ZrN和WTi N作为个体层材料,利用超高真空射频磁控溅射系统制备ZrN,WTi N和一系列的ZrN/WTi N纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)和纳米力学测试系统分析制备参数中Ar/N2气体比例对多层膜结构与机械性能的影响.结果表明:多层膜的纳米硬度值普遍高于2种个体材料混合相的硬度值;当FAr∶FN2=5时,ZrN/WTi N纳米多层薄膜出现了ZrN(111),Ti N(111)衍射峰和非晶态,多层膜体系的硬度、应力和弹性模量均达到最佳效果.

(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜的微观结构和力学性能研究

在单晶硅片基底上采用反应磁控溅射技术交替溅射AlCrTiZrNb靶与Al_(2)O_(3)靶,制备了不同厚度Al_(2)O_(3)层的(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜。采用X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD),高分辨率透射电子显微镜(high resolution transmission electron microscopes,HRTEM),扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)以及纳米压痕测试仪对(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜的微观结构、力学性能等进行表征。结果表明:当Al_(2)O_(3)层厚度小于0.8 nm时,Al_(2)O_(3)层在(AlCrTiZrNb)N层的模板效应下由非晶态转化为立方结构亚稳态,与(AlCrTiZrNb)N层之间形成共格界面外延生长结构;(AlCrTiZrNb)N/Al_(2)O_(3)纳米多层膜的弹性模量和硬度随着Al_(2)O_(3)层厚度的增加先增大后减小,当Al_(2)O_(3)层厚度为0.8 nm时达到最大值,分别为317.6 GPa和29.8 GPa;薄膜的结晶性良好,清晰的柱状晶结构贯穿整个调制周期。

TiB_2/Si_3N_4纳米多层膜的制备及其结构和性能分析

利用超高真空离子束辅助沉积(IBAD)系统,在225℃条件下,制备一系列TiB2/Si3N4纳米多层膜,通过X射线衍射(XRD)仪、表面轮廓仪、原子力显微镜(AFM)和纳米力学测试系统分析该体系合成中调制比对多层膜结构和机械性能的影响.结果表明:一定条件下制备的多层膜其纳米硬度值高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制比为15∶1,调制周期为(13±1)nm时,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量和膜基结合性能均达到最佳.多层膜机械性能的明显改善与其多层结构和多晶结构存在直接联系.实验证明通过选择合适的个体层材料、厚度以及调制比等条件,制备具有高硬度、低应力和良好膜基结合力的纳米多层膜是可以实现的.

磁控溅射参数对ZrB_2/ZrAlN纳米多层膜结构和性能的影响

选择ZrB2和ZrAlN作为个体层材料,利用超高真空射频磁控溅射系统在80 nm调制周期下,制备了一系列ZrB2/ZrAlN纳米多层膜,用XRD、表面轮廓仪和纳米力学测试系统分析了物相及晶体结构.研究表明:纳米多层膜体系的各项性能随着Ar/N2流量比例的变化而变化,多层膜的纳米硬度值和弹性模量均高于两种个体材料混合相的硬度值,残余应力也得到缓解,合适的N2气分压可以使多层膜体系的机械性能达到最佳.

离子束增强沉积合成ZrN/W纳米多层膜

利用离子束增强沉积方法在室温和不同能量的氮离子轰击条件下制备了不同调制周期的ZrN／W纳米多层膜．利用XRD，AES和纳米压痕仪分析了调制周期和离子轰击能量对薄膜结构和机械性能的影响，结果表明多层膜的机械性能基本都优于单质的ZrN或W薄膜．和其他制备条件相比，在300eV能量的氮离子轰击下制备的调制周期为8-9nm的多层膜，其结构中出现了强的ZrN（111），W（110）和ZrN（220）织构的混合，它的硬度和弹性模量分别达到26和310GPa，也展示了较高的耐磨性．

Si_3N_4的晶体化和ZrN/Si_3N_4纳米多层膜的超硬效应

研究了Si3N4层在ZrN/Si3N4纳米多层膜中的晶化现象及其对多层膜微结构与力学性能的影响.一系列不同Si3N4层厚度的ZrN/Si3N4纳米多层膜通过反应磁控溅射法制备.利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能.结果表明,由于受到ZrN调制层晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的Si3N4层在其厚度小于0·9nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,ZrN/Si3N4纳米多层膜形成共格外延生长的柱状晶,并相应地产生硬度升高的超硬效应.Si3N4随层厚的进一步增加又转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.