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Synthesis and properties of Cr-Al-Si-N films deposited by hybrid coating system with high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) and DC pulse sputtering 被引量:11
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作者 Min Su KANG Tie-gang WANG +2 位作者 Jung Ho SHIN Roman NOWAK Kwang Ho KIM 《中国有色金属学会会刊:英文版》 CSCD 2012年第S3期729-734,共6页
The CrN and Cr-Al-Si-N films were deposited on Si wafer and SUS 304 substrates by a hybrid coating system with high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) and a DC pulse sputtering using Cr and AlSi targets under... The CrN and Cr-Al-Si-N films were deposited on Si wafer and SUS 304 substrates by a hybrid coating system with high power impulse magnetron sputtering (HIPIMS) and a DC pulse sputtering using Cr and AlSi targets under N2/Ar atmosphere.By varying the sputtering current of the AlSi target in the range of 0-2.5 A,both the Al and Si contents in the films increased gradually from 0 to 19.1% and 11.1% (mole fraction),respectively.The influences of the AlSi cathode DC pulse current on the microstructure,phase constituents,mechanical properties,and oxidation behaviors of the Cr-Al-Si-N films were investigated systematically.The results indicate that the as-deposited Cr-Al-Si-N films possess the typical nanocomposite structure,namely the face centered cubic (Cr,Al)N nano-crystallites are embedded in the amorphous Si3N4 matrix.With increasing the Al and Si contents,the hardness of the film first increases from 20.8 GPa for the CrN film to the peak value of 29.4 GPa for the Cr0.23Al0.14Si0.07 N film,and then decreases gradually.In the meanwhile,the Cr0.23Al0.14Si0.07N film also possesses excellent high-temperature oxidation resistance that is much better than that of the CrN film at 900 or 1000 °C. 展开更多
关键词 Cr-Al-Si-N film high power impulse magnetron sputtering DC pulsed sputtering high-temperature oxidation resistance
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Origin of Initial Current Peak in High Power Impulse Magnetron Sputtering and Verification by Non-Sputtering Discharge
2
作者 吴忠振 肖舒 +4 位作者 崔岁寒 傅劲裕 田修波 朱剑豪 潘锋 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2016年第7期110-112,共3页
A non-sputtering discharge is utilized to verify the effect of replacement of gas ions by metallic ions and consequent decrease in the secondary electron emission coefficient in the discharge current curves in high-po... A non-sputtering discharge is utilized to verify the effect of replacement of gas ions by metallic ions and consequent decrease in the secondary electron emission coefficient in the discharge current curves in high-power impulse magnetron sputtering (HiPIMS). In the non-sputtering discharge involving hydrogen, replacement of ions is avoided while the rarefaction still contributes. The initial peak and ensuing decay disappear and all the discharge current curves show a similar feature as the HiPIMS discharge of materials with low sputtering yields such as carbon. The results demonstrate the key effect of ion replacement during sputtering. 展开更多
关键词 of in Origin of Initial Current Peak in high power impulse magnetron sputtering and Verification by Non-sputtering Discharge is by
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Microstructure and Properties of the Cr–Si–N Coatings Deposited by Combining High-Power Impulse Magnetron Sputtering(HiPIMS) and Pulsed DC Magnetron Sputtering 被引量:1
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作者 Tie-Gang Wang Yu Dong +3 位作者 Belachew Abera Gebrekidan Yan-Mei Liu Qi-Xiang Fan Kwang Ho Kim 《Acta Metallurgica Sinica(English Letters)》 SCIE EI CAS CSCD 2017年第7期688-696,共9页
The Cr–Si–N coatings were prepared by combining system of high-power impulse magnetron sputtering and pulsed DC magnetron sputtering. The Si content in the coating was adjusted by changing the sputtering power of th... The Cr–Si–N coatings were prepared by combining system of high-power impulse magnetron sputtering and pulsed DC magnetron sputtering. The Si content in the coating was adjusted by changing the sputtering power of the Si target.By virtue of electron-probe microanalysis, X-ray diffraction analysis and scanning electron microscopy, the influence of the Si content on the coating composition, phase constituents, deposition rate, surface morphology and microstructure was investigated systematically. In addition, the change rules of micro-hardness, internal stress, adhesion, friction coefficient and wear rate with increasing Si content were also obtained. In this work, the precipitation of silicon in the coating was found.With increasing Si content, the coating microstructure gradually evolved from continuous columnar to discontinuous columnar and quasi-equiaxed crystals; accordingly, the coating inner stress first declined sharply and then kept almost constant. Both the coating hardness and the friction coefficient have the same change tendency with the increase of the Si content, namely increasing at first and then decreasing. The Cr–Si–N coating presented the highest hardness and average friction coefficient for an Si content of about 9.7 at.%, but the wear resistance decreased slightly due to the high brittleness.The above phenomenon was attributed to a microstructural evolution of the Cr–Si–N coatings induced by the silicon addition. 展开更多
关键词 Cr–Si–N coating high-power impulse magnetron sputtering(HiPIMS) Pulsed DC magnetron sputtering Mechanical property Friction coefficient
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高功率脉冲磁控溅射技术制备ta-C膜及性能改性研究
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作者 冯利民 史敬伟 +2 位作者 何哲秋 李建中 石俊杰 《材料保护》 CAS CSCD 2024年第7期23-29,共7页
硬质合金表面沉积四面体非晶碳膜(ta-C薄膜)的结合力和摩擦性能影响着其在切削刀具和耐磨零部件领域的应用效果。基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)制备了ta-C薄膜,通过调节C2H2流量对ta-C薄膜进行了改性研究。利用SEM对薄膜厚度进行... 硬质合金表面沉积四面体非晶碳膜(ta-C薄膜)的结合力和摩擦性能影响着其在切削刀具和耐磨零部件领域的应用效果。基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)制备了ta-C薄膜,通过调节C2H2流量对ta-C薄膜进行了改性研究。利用SEM对薄膜厚度进行观察,通过拉曼和XPS对其结构进行研究,通过纳米压痕对其硬度进行表征,通过纳米划痕对薄膜的结合力进行研究并通过摩擦磨损试验对薄膜的耐磨性进行探究。结果表明,通入C2H2气体可有效改善ta-C薄膜的结构、硬度、结合力和耐磨性能。改变C2H2流量可调控ta-C薄膜的性能,随着C2H2流量的逐渐增大,薄膜的各项性能呈现先增大后减小的趋势,当C2H2流量为15 cm^(3)/min时,薄膜的各项性能都达到较为优异的结果,ta-C薄膜厚度达655.9 nm,硬度提高到43.633 GPa,结合力提升到19.2 N,此时sp3键含量为70.19%,ta-C薄膜表面均匀、致密,且性能优良。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 四面体非晶碳膜 C2H2 薄膜性能
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带有反向正脉冲的HiPIMS技术制备ta-C膜及性能研究
5
作者 何哲秋 冯利民 +2 位作者 李建中 石俊杰 高宣雯 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期96-103,共8页
目的提高切削刀具和耐磨零件的表面硬度和摩擦性能,延长工具的使用寿命。方法基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),在每个脉冲周期尾部施加反向正脉冲,控制ta-C沉积过程,通过电镜测试、拉曼测试、XPS测试、纳米压痕硬度测试、摩擦磨损... 目的提高切削刀具和耐磨零件的表面硬度和摩擦性能,延长工具的使用寿命。方法基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),在每个脉冲周期尾部施加反向正脉冲,控制ta-C沉积过程,通过电镜测试、拉曼测试、XPS测试、纳米压痕硬度测试、摩擦磨损实验分别分析脉冲频率、反向正脉冲能量对ta-C薄膜沉积速度、膜结构、硬度、结合强度、耐磨性能的影响。结果采用钨钢为基体进行实验,将频率从4000 Hz到1500 Hz依次降低,制备涂层。在频率为4000 Hz的处理条件下制备涂层时,ta-C膜层的厚度为479.2 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到59.53%,硬度为32.65 GPa,且得到的薄膜在12.7 N时失效,耐磨性较差,摩擦因数约为0.163。在频率为1500 Hz的处理条件下制备涂层时,涂层各项性能均有所提升,ta-C膜层的厚度为488.6 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到63.74%,硬度为40.485 GPa,且薄膜在14.9 N时失效,耐磨性较优,摩擦因数约为0.138。结论通过调节脉冲频率,可以有效提高ta-C薄膜的沉积效率,改善膜的结构和性能。随着沉积ta-C薄膜频率的降低,薄膜中sp^(3)的含量呈现增大趋势,摩擦因数也随之降低,有效改善了ta-C膜的耐磨性。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射技术 类金刚石膜 脉冲频率 结合力 硬度 耐磨性
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掺硅类金刚石薄膜的HiPIMS-MFMS共沉积制备及其高温摩擦学行为研究
6
作者 陈彦军 苏峰华 +3 位作者 孙建芳 陈泽达 林松盛 李助军 《摩擦学学报(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期18-29,共12页
元素掺杂是提高类金刚石(DLC)薄膜高温耐摩擦性能的重要途径.本文中采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和中频磁控溅射(MFMS)复合技术在304不锈钢表面沉积具有不同Si含量的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、扫描电子显微镜(SEM)... 元素掺杂是提高类金刚石(DLC)薄膜高温耐摩擦性能的重要途径.本文中采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和中频磁控溅射(MFMS)复合技术在304不锈钢表面沉积具有不同Si含量的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、纳米压痕和UMT-TriboLab摩擦试验机等系统分析了Si含量对Si-DLC薄膜的结构、力学性能及不同温度下的摩擦学性能的影响,重点探讨了Si-DLC薄膜在高温下摩擦磨损机制.结果表明:Si-DLC薄膜中Si以四面体碳化硅的形式随机分布于无定型DLC基体中,增强薄膜的韧性.同时,Si掺杂使DLC薄膜向金刚石结构发生转变并显著提高了薄膜的硬度.摩擦结果表明,当Si原子分数为15.38%时,Si-DLC薄膜在常温下的摩擦系数和磨损率最低,同时该薄膜在300℃下能维持在较低的摩擦系数(约0.1),主要是由于Si-DLC薄膜中的四面体碳化硅结构能够提升sp^(3)键的稳定性.此外,Si-DLC薄膜中的Si在高温摩擦时会在对偶球表面形成1层SiO_(2)保护层,减缓Si-DLC薄膜和过渡层的氧化,使得薄膜能够在高温下持续润滑.当Si含量进一步增加时,Si-DLC薄膜的力学性能显著提升,然而其摩擦学性能发生明显降低,主要是当DLC薄膜中的硅含量过高时,大气环境下的高温摩擦使得薄膜内的氧化加剧,过量氧化硅的生成破坏了薄膜结构从而导致摩擦性能下降. 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 类金刚石薄膜 元素掺杂 高温 摩擦磨损
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偏压对HiPIMS制备TiAlSiN涂层结构与性能的影响
7
作者 杜建融 陶冠羽 +4 位作者 陈辉 易娟 万洪 刘书洋 张钰 《材料保护》 CAS CSCD 2024年第7期30-42,共13页
为了探究偏压对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)制备TiAlSiN涂层的成分结构、力学性能与摩擦学性能的影响与机制,利用HiPIMS技术,通过调控基体偏压(0~-200 V)在YG8硬质合金与N型单晶(111)Si上沉积TiAlSiN涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X... 为了探究偏压对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)制备TiAlSiN涂层的成分结构、力学性能与摩擦学性能的影响与机制,利用HiPIMS技术,通过调控基体偏压(0~-200 V)在YG8硬质合金与N型单晶(111)Si上沉积TiAlSiN涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电子探针(EPMA)、X射线光电子能谱仪(XPS)、超景深显微镜、白光干涉仪、纳米压痕仪、划痕仪、往复式摩擦磨损试验机对TiAlSiN涂层进行微观结构、组成表征与性能测试。结果表明:HiPIMS放电行为方面,偏压的升高会使HiPIMS起辉电压提高,但对平台阶段放电电压与放电电流影响并不明显;在不同偏压条件下所制备的TiAlSiN涂层中元素组成相对含量变化较小;随着偏压的升高TiAlSiN涂层由hcp-(Ti,Al)N+fcc-(Ti,Al)N转变为fcc-(Ti,Al)N;随着偏压的升高会使涂层截面结构从疏松的柱状晶结构转变为无明显缺陷的致密堆积结构,表面结节状缺陷消失,且晶粒尺寸逐渐降低;力学性能方面,随着偏压的升高,TiAlSiN涂层的硬度与结合力均呈现上升趋势,涂层在-200 V时达到最佳性能,其中硬度达到最大的26.19 GPa,H/E^(*)达到最大的0.0995,结合力在达到最大的19.63 N时,涂层磨损率最小,为9×10^(-15)m^(3)/(N·m)。综上可知,利用HiPIMS技术,通过改变基体偏压能实现涂层微观结构与性能的调控,提高涂层韧性的同时,还能显著提升涂层的结合力与摩擦学性能。 展开更多
关键词 TiAlSiN涂层 高功率脉冲磁控溅射 基体偏压 微观结构 力学性能
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硅掺杂无氢非晶碳膜的HiPIMS/DCMS共沉积制备及其高温摩擦学性能 被引量:2
8
作者 李海潮 苏峰华 +2 位作者 陈彦军 林松盛 李助军 《摩擦学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期385-396,共12页
采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和直流磁控溅射(DCMS)共沉积技术制备了不同硅原子含量的无氢Si-DLC薄膜,利用高温摩擦试验机对比考察了不同Si原子含量的Si-DLC(硅掺杂类金刚石)薄膜在25~500℃下的摩擦学性能,并通过Raman及XPS等测试方... 采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和直流磁控溅射(DCMS)共沉积技术制备了不同硅原子含量的无氢Si-DLC薄膜,利用高温摩擦试验机对比考察了不同Si原子含量的Si-DLC(硅掺杂类金刚石)薄膜在25~500℃下的摩擦学性能,并通过Raman及XPS等测试方法分析了Si原子含量对薄膜微观结构的影响以及摩擦前后薄膜化学组成和结构变化.探讨了Si-DLC在高温下的摩擦磨损机理.结果表明:Si-DLC薄膜呈现出致密的非晶结构.随着Si原子含量的增加,薄膜中sp3-C的含量增加.掺入的Si形成C-Si-O与C-Si-C键.Si-C键的形成使薄膜的内应力降低,薄膜的膜基结合力增加.摩擦测试表明:室温下,转移膜的形成有助于降低Si-DLC薄膜的摩擦系数.高温下,Si-C键增加了薄膜的高温稳定性,摩擦区域部分Si-C键氧化为Si-O-C键,使薄膜的摩擦系数与磨损率同时降低. 展开更多
关键词 Si-DLC薄膜 高功率脉冲磁控溅射 高温 摩擦学性能 摩擦机理
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阴极弧蒸发和高功率脉冲磁控溅射TiAlN涂层的性能研究 被引量:1
9
作者 吴明晶 王北川 +2 位作者 张国飞 李佳 陈利 《硬质合金》 CAS 2023年第3期181-186,共6页
为对比研究阴极弧蒸发(CAE)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)两种工艺对TiAlN涂层结构、硬度、热稳定性及抗氧化性能的影响,本文采用两种方法制备了成分相同的Ti_(0.38)Al_(0.62)N涂层,使用能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、... 为对比研究阴极弧蒸发(CAE)和高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)两种工艺对TiAlN涂层结构、硬度、热稳定性及抗氧化性能的影响,本文采用两种方法制备了成分相同的Ti_(0.38)Al_(0.62)N涂层,使用能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪分析了涂层的成分、微观结构、力学性能、热稳定性和抗氧化性。两种涂层均呈面心立方结构;CAE涂层呈现大量的“液滴”缺陷,而HiPIMS涂层表面质量更优;CAE涂层硬度(~32.7GPa)略高于HiPIMS涂层(~31.8 GPa);HiPIMS涂层具有更高的热稳定性,CAE涂层在800℃达到硬度最高值~36.2 GPa,而HiPIMS涂层在900℃硬度达到最高~34.3 GPa,且随温度的升高,CAE涂层硬度下降更快。HiPIMS涂层表现出更好的抗氧化性能,在800℃氧化30 h后,CAE和HiPIMS制备的两种涂层的氧化层厚度分别为~630.7 nm和~589.3 nm。 展开更多
关键词 TIALN涂层 阴极弧蒸发 高功率脉冲磁控溅射 硬度 热稳定性 抗氧化性
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不同偏压下DCMS和DCMS/HiPIMS共溅射铜薄膜的结构和性能
10
作者 黄敏 易勇 +2 位作者 刘艳松 谢春平 何智兵 《西南科技大学学报》 CAS 2023年第3期1-7,29,共8页
采用DCMS(直流磁控溅射)和DCMS/HiPIMS(直流磁控溅射/高功率脉冲磁控溅射)共溅射在不同负偏压下沉积铜薄膜,使用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、白光干涉仪、纳米压痕技术和四点探针法对薄膜的晶体取向、形貌、粗糙度、力学和电学... 采用DCMS(直流磁控溅射)和DCMS/HiPIMS(直流磁控溅射/高功率脉冲磁控溅射)共溅射在不同负偏压下沉积铜薄膜,使用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜、白光干涉仪、纳米压痕技术和四点探针法对薄膜的晶体取向、形貌、粗糙度、力学和电学性能进行表征。结果表明:与DCMS铜薄膜相比,随着负偏压增加,DCMS/HiPIMS共溅射铜薄膜晶粒尺寸先减小后增大,Cu(111)取向减弱,硬度逐渐增大,电阻率逐渐降低;高负偏压(100 V)下Cu(111)向Cu(220)转变,薄膜致密,表面粗糙度减小,硬度增大(约3.5 GPa),电阻率降低(约2μΩ·cm)。铜薄膜的结构和性能强烈依赖于由HiPIMS和负偏压共同决定的铜离子通量和能量。 展开更多
关键词 直流磁控溅射 高功率脉冲磁控溅射 铜薄膜 衬底偏压 硬度 电阻率
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靶电流对高功率脉冲磁控溅射WS_(2)-Ti固体润滑涂层微观组织及力学性能的影响研究
11
作者 孙含影 殷俊 +6 位作者 张平 应普友 吴建波 黄敏 林长红 杨涛 Vladimir Levchenko 《工具技术》 北大核心 2023年第10期44-48,共5页
过渡金属硫化物涂层的耐磨性能与其微观结构、力学性能有关,而其结构与溅射能量有关。高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)具有离化率高和沉积能量高的特性,其沉积能量受控于靶电流。采用HiPIMS技术,通过改变Ti靶电流制备了WS_(2)-Ti涂层,并利用... 过渡金属硫化物涂层的耐磨性能与其微观结构、力学性能有关,而其结构与溅射能量有关。高能脉冲磁控溅射(HiPIMS)具有离化率高和沉积能量高的特性,其沉积能量受控于靶电流。采用HiPIMS技术,通过改变Ti靶电流制备了WS_(2)-Ti涂层,并利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和纳米压痕仪表征涂层的微观组织结构和力学性能。分析结果表明,采用HiPIMS制备WS_(2)-Ti涂层可以有效细化晶粒并抑制其柱状生长,所制备的涂层结构致密且以非晶态为主;随着靶电流的增加,可进一步细化WS_(2)-Ti涂层晶粒,提高其致密度;涂层硬度随靶电流的增大呈先上升再下降的趋势,而其约化弹性模量先下降再上升;相应塑性因子H/E_(r)和H_(3)/E_(r)^(2)先变大后变小,在靶电流为50A时达到最高。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 WS_(2)-Ti涂层 靶电流 微观结构 力学性能
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高功率脉冲磁控溅射技术沉积硬质涂层研究进展 被引量:31
12
作者 王启民 张小波 +2 位作者 张世宏 王成勇 伍尚华 《广东工业大学学报》 CAS 2013年第4期1-13,133,共13页
高功率脉冲磁控溅射技术是最新发展起来并受到广泛关注的一种高离化率物理气相沉积技术,它利用较高的脉冲峰值功率(超出传统磁控溅射2~3个数量级)和较低的脉冲占空比(0.5%~10%)来实现高金属离化率(〉50%),在获得优异的膜... 高功率脉冲磁控溅射技术是最新发展起来并受到广泛关注的一种高离化率物理气相沉积技术,它利用较高的脉冲峰值功率(超出传统磁控溅射2~3个数量级)和较低的脉冲占空比(0.5%~10%)来实现高金属离化率(〉50%),在获得优异的膜基结合力、控制涂层微结构、降低涂层内应力、控制涂层相结构等方面都具有显著的技术优势.本文从高功率脉冲磁控溅射技术的原理出发,探讨了高功率脉冲溅射技术沉积涂层的特性和技术优势,介绍了10多年来高功率脉冲磁控溅射技术在刀具涂层界面优化、高性能硬质涂层沉积、复合高功率脉冲磁控溅射技术制备纳米多层/复合硬质涂层和氧化物涂层沉积、低温沉积等方面的研究进展. 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射技术 离化率 硬质涂层 反应溅射
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复合高功率脉冲磁控溅射技术的研究进展 被引量:10
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作者 李春伟 苗红涛 +1 位作者 徐淑艳 张群利 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第6期82-90,共9页
高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)是一门新兴的高离化率磁控溅射技术。概述了HIPIMS的技术优势,包括高膜层致密度和平滑度、高膜基界面结合强度以及复杂形状工件表面膜层厚度均匀性好等。同时归纳了HIPIMS存在的问题,包括沉积速率及低溅... 高功率脉冲磁控溅射技术(HIPIMS)是一门新兴的高离化率磁控溅射技术。概述了HIPIMS的技术优势,包括高膜层致密度和平滑度、高膜基界面结合强度以及复杂形状工件表面膜层厚度均匀性好等。同时归纳了HIPIMS存在的问题,包括沉积速率及低溅射率金属靶材离化率低等。在此基础上,重点综述了近年来复合HIPIMS技术的研究进展,其中复合其他物理气相沉积技术的HIPIMS,包括复合直流磁控溅射增强HIPIMS、复合射频磁控溅射增强HIPIMS、复合中频磁控溅射增强HIPIMS、复合等离子体源离子注入与沉积增强HIPIMS等;增加辅助设备或装置的HIPIMS,包括增加感应耦合等离子体装置增强HIPIMS、增加电子回旋共振装置增强HIPIMS,以及增加外部磁场增强HIPIMS等。针对各种形式的复合HIPIMS技术,分别从复合HIPIMS技术的放电行为、离子输运特性,及制备膜层的结构与性能等方面进行了归纳。最后展望了复合HIPIMS技术的发展方向。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 高离化率 物理气相沉积 辅助装置
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高功率脉冲磁控溅射沉积原理与工艺研究进展 被引量:24
14
作者 吴志立 朱小鹏 雷明凯 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第5期15-20,共6页
高功率脉冲磁控溅射技术是一种峰值功率超过平均功率2个量级、溅射靶材原子高度离化的脉冲溅射技术,作为一种新的离子化物理气相沉积技术,已成为国际研究的热点,有关高功率脉冲放电、等离子体特性、薄膜及其工艺等方面的研究进展十分迅... 高功率脉冲磁控溅射技术是一种峰值功率超过平均功率2个量级、溅射靶材原子高度离化的脉冲溅射技术,作为一种新的离子化物理气相沉积技术,已成为国际研究的热点,有关高功率脉冲放电、等离子体特性、薄膜及其工艺等方面的研究进展十分迅速。文中从高功率脉冲磁控溅射的原理出发,介绍10多年来高功率脉冲电源的发展,从高功率脉冲放电等离子体特性与放电物理、等离子体模型,以及沉积速率和薄膜特性等方面综述技术的研究进展。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 等离子体 薄膜 研究进展
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峰值功率对高功率脉冲磁控溅射氮化铬薄膜力学性能的影响 被引量:6
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作者 王愉 陈畅子 +1 位作者 吴艳萍 冷永祥 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期15-22,共8页
目的采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)制备力学性能优良的氮化铬薄膜。方法采用HIPIMS技术,利用铬靶及氩气、氮气,在不同峰值功率(52.44,91.52,138 k W)下沉积了氮化铬薄膜。采用X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米硬度计、... 目的采用高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)制备力学性能优良的氮化铬薄膜。方法采用HIPIMS技术,利用铬靶及氩气、氮气,在不同峰值功率(52.44,91.52,138 k W)下沉积了氮化铬薄膜。采用X射线衍射技术(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米硬度计、摩擦磨损试验机、划痕仪等评价方法,研究了峰值功率对薄膜组织结构和力学性能的影响。结果当峰值功率为52 k W时,靶材原子与离子的比值仅为5.4%,所生成氮化铬薄膜的晶粒尺寸较小,薄膜出现剥落的临界载荷为42 N,薄膜的磨损深度达到349 nm;当峰值功率提高到138 k W时,靶材原子与离子的比值为12.5%,在最大载荷100 N时,薄膜也未出现剥落,同时磨损深度仅为146 nm。结论高的峰值功率能够提高靶材原子离化率和离子对基片的轰击效应,使氮化铬薄膜晶粒重结晶而长大,消除部分应力,使薄膜表现出优良的耐磨性和韧性,因此提高靶材峰值功率可以提高氮化铬薄膜的力学性能。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 峰值功率 氮化铬 薄膜 力学性能
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三靶共溅射纳米复合Cr-Al-Si-N涂层的制备及摩擦学性能研究 被引量:6
16
作者 王铁钢 蒙德强 +3 位作者 李柏松 赵彦辉 刘艳梅 姜肃猛 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期78-86,共9页
目的利用高功率脉冲磁控溅射技术离化率高、溅射离子能量高等优点,在Cr-Al-N涂层中添加Si元素研制a-Si3N4包裹nc-(Cr,Al)N的纳米复合涂层,通过改变反应沉积时的N2/Ar比来调控涂层成分与结构,实现纳米复合Cr-Al-Si-N涂层性能优化。方法... 目的利用高功率脉冲磁控溅射技术离化率高、溅射离子能量高等优点,在Cr-Al-N涂层中添加Si元素研制a-Si3N4包裹nc-(Cr,Al)N的纳米复合涂层,通过改变反应沉积时的N2/Ar比来调控涂层成分与结构,实现纳米复合Cr-Al-Si-N涂层性能优化。方法采用高功率脉冲与脉冲直流复合磁控溅射技术制备Cr-Al-Si-N涂层。利用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪、应力仪、纳米压痕仪、划痕测试仪和摩擦试验机,研究N2/Ar比对涂层成分、结构、力学性能以及摩擦学行为的影响。结果涂层主要由面心立方结构的CrN与AlN相组成,且沿(200)晶面择优生长。当N2/Ar流量比为3∶1时,涂层与基体结合最好,临界载荷约为36.5N;摩擦系数和内应力较低,分别为0.5和-0.48GPa。当N2/Ar流量比为4∶1时,H/E值和H^3/E^*2值升至最高,分别为0.11和0.24GPa,磨损率最低,约为1.9×10^-4μm^3/(N·μm)。结论当N2/Ar流量比为4∶1时,三靶共溅射制备的Cr-Al-Si-N涂层硬度较高,耐磨性能最好。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 脉冲直流磁控溅射 三靶共溅射 纳米复合涂层 Cr-Al-Si-N涂层 N2/Ar流量比 临界载荷 摩擦系数 磨损率
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不同氩气气压下钒靶HIPIMS放电特性的演变 被引量:5
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作者 李春伟 田修波 +1 位作者 巩春志 许建平 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期103-109,共7页
目的以V靶为例,研究高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)放电时不同工作气压下靶脉冲电流及等离子体发射光谱的表现形式和演变规律,为HIPIMS技术的进一步广泛应用提供理论依据。方法利用数字示波器采集HIPIMS脉冲放电电流波形,并利用发射光谱仪... 目的以V靶为例,研究高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)放电时不同工作气压下靶脉冲电流及等离子体发射光谱的表现形式和演变规律,为HIPIMS技术的进一步广泛应用提供理论依据。方法利用数字示波器采集HIPIMS脉冲放电电流波形,并利用发射光谱仪记录不同放电状态下的光谱谱线,分析不同气压下V靶HIPIMS放电特性的演变规律。同时,利用HIPIMS技术成功制备了V膜,并利用扫描电子显微镜观察了V膜的截面形貌。结果不同氩气气压下,随着靶脉冲电压的增加,靶电流峰值、靶电流平台值及靶电流平均值均单调增加,而且增加的速度越来越快,但靶电流峰值的增加速度明显高于平台值,这是由于脉冲峰值电流由气体放电决定所致。不同气压下,Ar0、Ar+、V0和V+四种谱线峰的光谱强度均随靶电压的增加而增加,相同靶电压时,其光谱强度随着气压的增加而增加。当气压为0.9 Pa、靶电压为610 V时,Ar和V的离化率分别为78%和35%。此外,利用HIPIMS技术制备的V膜光滑、致密,无柱状晶生长形貌特征。结论较高的工作气压和靶脉冲电压有利于获得较高的系统粒子离化率,但HIPIMS放电存在不稳定性。合适的工作气压是获得优质膜层的关键。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 氩气气压 V靶 放电靶电流 放电光谱特性 V薄膜
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Au80Sn20合金焊料制备工艺 被引量:5
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作者 王昭 吕文强 +1 位作者 高松信 武德勇 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第9期2089-2093,共5页
针对高功率二极管激光器的封装要求,通过磁控溅射的方法制备了Au80Sn20合金焊料,使用扫描电子显微镜(SEM)观察其微结构和表面形貌;利用能谱仪(EDX)和X射线荧光测试仪分析其成分;采用差热分析法(DTA)测试其熔化温度,并用制备的Au80Sn20... 针对高功率二极管激光器的封装要求,通过磁控溅射的方法制备了Au80Sn20合金焊料,使用扫描电子显微镜(SEM)观察其微结构和表面形貌;利用能谱仪(EDX)和X射线荧光测试仪分析其成分;采用差热分析法(DTA)测试其熔化温度,并用制备的Au80Sn20合金焊料进行了可焊性实验。结果表明:磁控溅射法可以制备Au80Sn20合金焊料,其制备的Au80Sn20合金焊料表面无明显缺陷,结构致密;成分与理论值接近;熔点与理论熔点接近;焊接浸润性好,空洞率小,强度大。 展开更多
关键词 Au80Sn20合金焊料 高功率二极管激光器 磁控溅射 合金靶
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不同靶基距下凹槽表面HIPIMS法制备钒膜的微观结构及膜厚均匀性 被引量:3
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作者 李春伟 田修波 +1 位作者 巩春志 许建平 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期122-127,共6页
目的研究不同靶基距对高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)在凹槽表面制备钒膜微观结构和膜厚均匀性的影响,实现凹槽表面高膜层致密性和均匀性的钒膜制备。方法采用HIPIMS方法制备钒膜,在其他工艺参数不变的前提下,探讨不同靶基距对凹槽表面钒... 目的研究不同靶基距对高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)在凹槽表面制备钒膜微观结构和膜厚均匀性的影响,实现凹槽表面高膜层致密性和均匀性的钒膜制备。方法采用HIPIMS方法制备钒膜,在其他工艺参数不变的前提下,探讨不同靶基距对凹槽表面钒膜相结构、表面形貌及表面粗糙度、膜层厚度均匀性的影响。采用XRD、AFM及SEM等观测钒膜的表面形貌及生长特征。结果随着靶基距的增加,V(111)晶面衍射峰强度逐渐降低。当靶基距为12 cm时,钒膜膜层表面粗糙度最小,为0.434nm。相比直流磁控溅射(DCMS),采用HIPIMS制备的钒膜呈现出致密的膜层结构且柱状晶晶界不清晰。采用HIPIMS和DCMS方法制备钒膜时的沉积速率均随靶基距的增加而减少。当靶基距为8 cm时,采用HIPIMS方法在凹槽表面制备的钒膜均匀性最佳。结论采用HIPIMS方法凹槽表面钒膜生长的择优取向、表面形貌、沉积速率及膜厚均匀性均有影响。在相同的靶基距下,采用HIPIMS获得的钒膜膜厚均匀性优于DCMS方法。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 靶基距 钒膜 微观结构 厚度均匀性
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高离化率电-磁场协同增强HiPIMS高速沉积特性 被引量:3
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作者 李春伟 田修波 +1 位作者 姜雪松 徐淑艳 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期84-92,共9页
为了使高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在保持高离化率的条件下实现HiPIMS高速沉积过程,采用电场与磁场双外场协同作用改善HiPIMS放电与沉积特性.研究了电-磁场协同增强HiPIMS((E-MF)HiPIMS)和常规HiPIMS制备钒膜时的基体离子电流密度... 为了使高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在保持高离化率的条件下实现HiPIMS高速沉积过程,采用电场与磁场双外场协同作用改善HiPIMS放电与沉积特性.研究了电-磁场协同增强HiPIMS((E-MF)HiPIMS)和常规HiPIMS制备钒膜时的基体离子电流密度、发射光谱、钒膜表面形貌及表面粗糙度、截面形貌及沉积速率等,并探讨了(E-MF)HiPIMS模式的放电机理.研究表明:与HiPIMS相比,钒靶(E-MF)HiPIMS放电时的平板工件基体离子电流密度峰值增加了6倍,铜靶(E-MF)HiPIMS放电时的筒状工件基体离子电流密度峰值增加了13倍.(E-MF)HiPIMS放电时的Ar 0谱线、Ar+谱线、V 0谱线和V+谱线强度均显著增强,氩和钒的粒子离化率增加.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜由V(111)和V(211)组成.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜表面更加光滑平整且表面粗糙度由15.0 nm减小为9.6 nm;钒膜生长结构更加致密且沉积速率增加了约30%,而筒状工件转动条件下(E-MF)HiPIMS制备的铜膜的沉积速率增加了约50%.(E-MF)HiPIMS是一种高离化率高沉积速率的新型放电模式,该方法可有效规避常规HiPIMS较低沉积速率的技术缺陷. 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 钒膜 离化率 沉积速率 基体离子电流密度
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