磁控濺射法制備TI-Si0-N薄膜及其性能研究.pdf

1、復(fù)合材料薄膜鈦硅氮(Ti-Si-N)，以其優(yōu)異的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性，一直以來成為硬質(zhì)材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文通過利用磁控濺射技術(shù)制備復(fù)合結(jié)構(gòu)的Ti-Si-N薄膜，基底是Al金屬和Si片，研究了在不同的工藝條件下薄膜的性能。并且利用電子探針(EPMA)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線衍射、納米壓痕儀和劃痕試驗機(jī)對薄膜的結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能進(jìn)行了測試表征。結(jié)論如下:
　　(1)利用JGP-280型單靶磁控濺射主要研究了氣壓對薄膜性能的影

2、響。
　　隨著濺射氣壓的增大，制備的Ti-Si-N薄膜的厚度并未發(fā)生明顯的變化。由此可知，濺射氣壓對薄膜沉積速率的影響不大。隨著濺射氣壓的升高，薄膜的表面粗糙度變大。隨著濺射氣壓的升高，薄膜的硬度值明顯下降，當(dāng)濺射氣壓為0.5Pa時，薄膜的硬度達(dá)到最大，為21.2GPa。
　　(2)利用JGP-450A型三靶磁控濺射系統(tǒng)研究了N2流量、Si靶功率和負(fù)偏壓對薄膜性能的影響。
　　隨著N2流量的增加，薄膜的沉積速率逐漸減小

3、。N2流量為15sccm時硬度值達(dá)到最大值，為23.2GPa。
　　通過XRD圖譜可以看出，不同Si靶功率下制備的Ti-Si-N薄膜呈現(xiàn)出多晶結(jié)構(gòu)，具有(111)、(200)和(220)擇優(yōu)取向。在Si靶功率為0W和80W時，方均根粗糙度分別為19.68nm和10.92nm。隨著Si靶功率的逐漸增大，薄膜的硬度和楊氏模量值變大，并且在Si靶功率為30W時達(dá)到最大值，分別為27.1GPa和298.5GPa，此時產(chǎn)生了最高強(qiáng)度的膜基結(jié)