采用双等离子体制备非晶态碳膜的研究

采用直流金属磁过滤阴极真空弧(FCVA)制造出Ti和乙炔(C2H2)气体的双等离子体在单晶硅(100)上制备非晶态碳膜.重点研究了乙炔气体和过滤线圈电流对非晶态碳膜的结构、形貌和机械性能的影响.研究结果表明,薄膜中主要成分是TiC,并以(111)作为主晶向;随着过滤线圈电流的增大,薄膜的晶粒度越来越小;薄膜表面的粗糙度逐渐减小,变得更加平整;薄膜的应力减小,可以下降到2.5 GPa.薄膜的显微硬度和弹性模量随着C2H2体积流qV(C2H2)的增大而降低,硬度和弹性模量分别可以达到33.9 GPa和237.6 GPa.非晶态碳膜的摩擦因数在0.1～0.25之间,大大低于衬底材料单晶硅片的摩擦因数0.6.随着过滤线圈电流增大,摩擦因数减小.     

MEVVA离子束技术的发展及应用

金属蒸汽真空弧放电能够产生高密度的金属等离子体.通过二或三电极引出系统,可以把金属等离子体中的金属离子引出,并加速成为载能的金属离子束,这是MEVVA离子源技术.将载能离子束用于离子注入,可以实现材料表面改性.经过MEVVA源离子注入处理的工具和零部件,改性效果显著,因此MEVVA离子源在离子注入材料表面改性技术中得到很好的应用.另一方面,利用弯曲磁场把等离子体导向到视线外的真空靶室中的同时,过滤掉真空弧产生的液滴(大颗粒),当工件加上适当的负偏压时,等离子体中的离子在工件表面沉积,可以得到高质量的、平整致密的薄膜,称为磁过滤等离子体沉积.是一种先进的薄膜制备的新技术.此外,将MEVVA离子注入与磁过滤等离子体沉积相结合的复合技术,可以首先用离子注入的方法改变基材表面的性能,再用磁过滤等离子体沉积的方法制备薄膜,可以极大的增强薄膜与基材的结合强度,得到性能极佳的薄膜.适用于基材与薄膜性能差别大,结合不易的情况(例如陶瓷、玻璃表面制备金属膜).本文简要介绍了MEVVA离子注入技术、磁过滤等离子体沉积技术和MEVVA复合技术的发展和应用状况.     

Ag离子注入聚合物表面形貌原子力显微镜观察及其特性研究

采用MEVVA离子注入机引出的Ag离子进行了聚酯薄膜改性研究，注入后的聚酯膜表面结构发生了很大的变化，用原子力显微镜观察了注入样品表面形貌的变化，表面粗糙度与注量密切相关。透射电子显微镜观察注入聚酯膜的横截面表明，随注量的增加，在注入层形成了纳米颗粒和富集的碳颗粒。这些颗粒增强了注入层表面强化效果。注入层表面电阻率随注量的增加而明显地下降，用纳米硬度计测量显示，Ag离子注入可明显地提高聚酯膜表面硬度和弹性模量，从而极大地增强了表面抗磨损特性。讨论了Ag离子注入聚酯膜改善特性的机理。     

金属等离子体浸没动态离子束增强沉积

采用由阴极真空弧等离子体源、负脉冲高压靶台和磁过滤系统组成的金属等离子体浸没动态离子束增强沉积系统,对３０４Ｌ不锈钢进行金属等离子体浸没动态离子束增强沉积处理。对试样予以电化学测试和ＡＥＳ分析。动态增强沉积试样比非增强沉积试样有更强的抗电化学腐蚀能力。     

溅射效应对离子注入聚合物表面形貌的影响

采用MEVVA离子注入机引出的离子进行了聚酯薄膜改性研究,考虑到注入离子对表面溅射的强弱与离子的质量密切相关,所以选用质量大小不等的3种离子Cu,Si和C为注入离子,注入后的聚酯膜表面结构发生了很大的变化,用原子力显微镜观察了注入样品表面形貌的变化,表面粗糙度与注入离子质量密切相关.实验结果表明,注入前聚酯薄膜表面粗糙,表面突起密集地分布在表面,其高度可达20～25 nm,C和Si注入后表面突起高度下降到5 nm,随注入离子质量的增加,在注入层粗糙度增加,Cu注入后在表面形成了弥散分布Cu原子的析出纳米颗粒.Cu颗粒起伏高度可达到50 nm.这些变化对聚酯薄膜表面物理化学特性有着重要的影响.     

碳和钨等离子体在磁过滤弯管中的传输

测试了磁过滤弯管偏转碳和钨等离子体时导向磁场、弧流、偏压对磁过滤弯管等离子体输出量的影响关系,比较了碳和钨等离子体的传输特征,探讨了等离子体在磁过滤弯管中传输的影响因素.结果表明:随导向磁场增加,最佳偏压先是下降,而后趋于稳定;钨等离子体最佳偏压明显高于碳等离子体最佳偏压.     

组合体脉冲真空电弧源的初步研究

为得到高密度的等离子体,设计研制了组合体脉冲真空电弧源,它由4套脉冲真空电弧源组合而成.测量了脉冲真空电弧源弧压与弧流的关系;利用静电探针测量了组合体脉冲真空电弧源和单套脉冲真空电弧源产生的等离子体,得到了探针饱和电流(与等离子体密度成正比)与弧压的关系,以及等离子体密度的轴向分布情况;采用飞行时间方法估测了等离子体的飞行速度.组合脉冲真空电弧源最大等离子体密度达到8×1012 cm-3.     

用质子激发X射线能谱分析技术测量FVAPD装置合成薄膜均匀性

采用质子激发的X射线能谱分析(PIXE)方法对磁过滤阴极真空弧沉积(FVAPD)装置在Al板上合成Ti膜相对厚度进行了测量,给出了沉积靶室中不同位置大面积合成薄膜的均匀性.通过同背散射分析(RBS)测量结果的比较表明:利用在轻衬底上合成重元素薄膜的PIXE分析可以快速、无损和精确地测量FVAPD装置合成薄膜的均匀性.     

过滤管道作为第二阳极的磁过滤阴极真空弧沉积系统

建立了一台磁过滤脉冲阴极真空弧沉积装置,通过在90度磁过滤管道和阴极之间加30－60V的正偏压使系统沉积速率得到了大幅度提高,研究和观察表明,此时在过滤管道和阴之间产生了阴极真空弧放电,并因此使阴极消耗率大幅度增大,对此放电回路及其和MEVVA阳极－阴极之间弧放电的相互影响进行了初步的实验研究。     

50型MEVVA源离子注入机

详细介绍了50型强束流、大束斑MEVVA源注入机的结构和各项性能.50型MEVVA源注入机是北京师范大学低能核物理研究所于九五期间承担的"八六三"计划项目"先进离子束注入技术的工业应用"所取得的成果,是专用于工业生产的MEVVA源离子注入机.