Cu掺杂类金刚石薄膜应力降低机制的第一性原理研究

目的比较不同浓度Cu掺杂类金刚石薄膜的性能变化规律,并分析Cu掺杂对薄膜性能变化的作用机制。方法建立密度为2.03 g/cm^3、2.87 g/cm^3的不同Cu原子数分数(1.56%~7.81%)掺杂类金刚石薄膜(Cu-DLC)初始模型,采用NVT和NOSE温度调节法模拟熔融退火及淬火过程,以及基于广义梯度近似(GGA)的共轭梯度法优化几何模型,运用CASTEP计算Cu-DLC模型的径向分布函数(RDF)、sp3-C含量、体积模量、键长和键角分布等,并探讨Cu掺杂对DLC膜应力变化的影响机制。结果随Cu含量的增加,薄膜中sp3-C杂化比例增加。与DLC相比,Cu掺杂DLC的RDF中第一峰和第二峰的位置发生显著偏移,薄膜中残余应力随着Cu含量的增加先减小后增大,Cu含量为1.56%时,残余应力最小(7.2 GPa)。Cu含量增加导致总键角分布的峰值降低,峰宽向小键角移动,总键长分布峰值降低,在长键长方向产生小而宽的峰。结论C Cu的弱键特性及扭曲的键角、键长得到松弛,对薄膜残余压应力的降低有显著作用,在较高Cu浓度条件下,扭曲的C C键比例增加,形成了更多扭曲的C Cu和Cu Cu结构是导致残余应力增加的关键因素。

物理气相沉积多元、多层金属陶瓷涂层的研究现状

物理气相沉积(Physical vapor deposition,简称PVD)硬质金属陶瓷涂层在各行业的应用广泛,并逐渐成为促进国民行业发展的重要支柱之一。硬质涂层性能对于工模具加工特性的影响极为关键。近些年,由于我国巨大的市场需求,致使我国涂层技术发展速度迅猛,在高硬度、多组元、多层膜研究领域已取得巨大进步。但为满足高强度材料的制造及复杂成型加工对高性能硬质涂层的迫切需求,超硬、耐磨、抗高温已成为开发高性能硬质涂层的关键技术指标。详细介绍了掺杂IVB族、VB族和VIB族元素对TiN、TiAlN涂层性能的影响,以及多层化、周期化涂层技术在强化硬质涂层性能方面的研究现状,并针对研究现状提出拟解决的问题。

微纳米超硬TiAlSiN涂层的研究与应用进展

微纳米超硬TiAlSiN涂层是一种硬度高、耐磨性抗粘附性好、化学惰性强的氮化物涂层,特别适合在加工不锈钢、高温合金以及超硬材料的工具表面上应用。对TiAlSiN涂层的制备方法,影响微纳米超硬涂层内部结构的因素,涂层的硬度、摩擦性能、磨损性能、抗氧化性能、切削性能、抗粘附性及涂层的应用等方面进行了综述,同时对微纳米超硬TiAlSiN涂层的发展趋势进行了展望。

热力耦合镀膜腔体的数值化设计及分析

物理气相沉积(PVD)是材料表面改性的主流发展方向,但国产化PVD设备的真空度低、密封性差及工艺性能失稳是导致国内PVD技术徘徊不前的主要原因。对PVD设备腔体的设计方法进行介绍,建立几何模型,并借助计算机数值模拟分析圆柱和正六面体炉腔在高真空及高温度状态下应力和变形情况,得出腔体几何形状与应力、变形集中的关系,并对比了两种腔体的分析数据。结果表明,两种腔体的主要受力和变形位置均与开孔位置有关,圆柱腔体的变形和受力都小于正六面体形腔体。