非平衡磁控溅射CrTiAlN镀层摩擦学性能分析

为探讨CrTiAlN镀层高硬度、低磨损机理,应用UDP850/4镀层设备,在高速钢和单晶硅基体上制备了CrTiAlN复合镀层,并测试了其力学性能和摩擦学性能,采用XRD、SEM、TEM等手段对镀层微观组织结构进行了分析.结果表明:在75 V负偏压下沉积的镀层具有显微硬度高、摩擦系数小,磨损率低,膜/基结合和韧性良好;镀层由CrN、TiN、AlN、Cr2N和Ti2N等纳米晶组成;纳米晶粒弥散于非晶的结构是硬度增强的机理;良好的膜基结合、韧性好和低摩擦系数是镀层具有低磨损的原因.     

磁控溅射类石墨镀层结构的Raman光谱和XPS分析

利用非平衡磁控溅射离子镀技术在单晶硅片上沉积了类石墨碳镀层,采用X射线衍射(XRD)、激光Raman光谱和X 射线光电子能谱 (XPS)等分析方法对镀层的微观结构进行了研究.结果表明:不同成份类石墨碳镀层的Raman光谱与宽化的多晶石墨Raman光谱相似,类石墨碳镀层是以sp2键结构为主,且含有多种纳米团簇颗粒的非晶镀层,sp3键含量在12～15%范围;根据高斯解谱计算,镀层中碳团簇线度为1.2 nm以下,并随铬含量增高而减小;镀层主要由单质碳、铬及其铬氧化物组成,并随铬含量增高,逐步有碳铬化合物形成.     

掺铬类石墨薄膜摩擦学性能研究

采用非平衡磁控溅射离子镀技术,以电流控制方式在高速钢和硅基底上制备了不同C r含量的C/C r类石墨薄膜,测量了类石墨膜的显微硬度、膜基结合强度、摩擦系数和比磨损率,分析了薄膜的相结构,观察了薄膜的表面和断面形貌。结果表明:所制备的类石墨薄膜随C r含量的增高,硬度逐渐降低,结合强度先增后降,摩擦系数和比磨损率则先降后升;类石墨膜是含有多种纳米晶的非晶结构;金属元素C r含量影响了类石墨碳膜的表面形貌和组织结构。当C r含量在0.5%~2.5%时,薄膜表面光滑而结构致密,摩擦系数小且比磨损率低,膜基结合强度高,具有良好减摩耐磨性能。     

磁控溅射类金刚石碳膜的显微硬度

采用显微硬度测试方法,研究在单晶硅衬底上沉积厚度仅为0.09-0.56μm的磁控溅射类金刚石碳膜的力学性能。结果表明,溅射碳膜的硬度随溅射工艺参数呈规律性变化,且可以和碳膜的类金刚石性质以及碳膜结构的SP~3和SP~2成分的变化相联系。采用Johnson复合硬度模型进行的分析表明,溅射碳膜的真实硬度在HV6000-6600之间,比天然金刚石的硬度略低。溅射类金刚石碳膜具有明显的压痕尺寸效应(ISE),其指数约为m=1.9。     

沉积参数对Ni-Co镀层成分及微观结构影响研究

通过硫酸盐体系脉冲电沉积制备Ni-Co合金镀层,用附有能谱(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X-射线衍射仪(XRD)对沉积过程中CoSO4添加浓度、阴极电流密度及脉冲频率的变化对Ni-Co合金镀层成分及微观结构的影响进行了实验研究,并且测量了不同钴含量镀层的硬度值,分析了镀层硬度变化的微观机理.结果表明,CoSO4添加浓度的增加及脉冲频率的增加,会使镀层中钴含量增加;而阴极电流密度的增大,会使镀层中钴含量降低.增大镀液中CoSO4添加浓度、降低阴极电流密度和提高脉冲频率有利于提高镀层的平整度和致密性,但过高的脉冲频率会使镀层表面由最初的球状晶簇群变为分支针状晶簇群;随着镀液中CoSO4添加浓度的增加,镀层微观结构由面心立方(fcc)结构转变为面心立方和密排六方(fcc+hcp)的混合结构;镀层硬度随着镀层钴含量的增加,先增大后减小.     

铸铁中开花状石墨的微观结构

用射透电子显微镜和扫描电镜研究了铸铁中开花状石墨的微观结构,结果表明,开花状石墨是石墨沿（０００１）方向生长速率增大的过程,因而它是１种过球化石墨,而不是铸铁过程中球化不良造成的。     

Cr靶电流对磁控溅射C/Cr复合镀层性能和结构的影响

使用闭合场非平衡磁控溅射离子镀技术制备了C/Cr复合镀层,并研究了Cr靶电流对C/Cr复合镀层摩擦学性能的影响规律。采用XPS检测了C/Cr复合镀层的化学成分,采用XRD分析了镀层的晶相结构,采用SEM观察了镀层的表面和断口形貌。实验结果表明:使用较小的Cr靶电流能改善镀层表面质量,降低镀层摩擦系数;Cr靶电流过大时,镀层的性能明显下降。     

磁控溅射CrAlTiN镀层的微观结构研究

使用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对磁控溅射CrAlTiN镀层的相组成、化学态和截面微观结构进行了综合分析。分析结果表明,CrAlTiN镀层具有明显的纳米多层结构,多层膜的周期为4.9nm。CrAlTiN镀层是由多种物相组成的复合镀层,以CrN型金属氮化物为主体,同时含有少量的Cr、Al金属单质以及M2O3(Al2O3,Cr2O3和Ti2O3)型金属氧化物,镀层生长时Al、Ti金属原子取代CrN晶格中的Cr原子形成CrN型金属氮化物。     

金刚石和石墨的价电子结构与硬度的关系

根据余氏“固体与分子经验电子理论”,应用键距差方法,对工业中广泛应用的金刚石和石墨的价电子结构进行计算和分析,计算结果较好地解释了金刚石的本质高硬度和石墨的本质低硬度。     

中频非平衡磁控溅射制备Ti-N-C膜

采用霍尔离子源辅助中频非平衡磁控溅射技术,通过改变工作气氛、偏压模式、溅射电流以及辅助离子束电流,在不锈钢材料基体上制备了Ti/TiN/Ti(C,N)硬质耐磨损膜层.对薄膜的颜色、晶体结构、膜基结合力等性能进行了检测分析.结果表明:膜层的颜色对工作气氛非常敏感,反应溅射中工作气氛的微小变化会引起表面膜层颜色很大的变化.在正常的反应气体进气量范围内和较小的基体偏压下,薄膜的晶体结构没有明显的择优取向.但是反应气体的过量通入会使薄膜的晶体结构出现晶面择优取向趋势.非平衡磁控溅射成膜技术对薄膜晶体结构的择优取向影响并不是很大.在镀膜过程中施加霍尔电流,可以有效地增加膜基结合力.     

磁控溅射薄膜的厚度均匀性理论研究

建立了一个磁控溅射模型，在几种特殊情况下，给出了计算机模拟的薄膜厚度三维分布和二维分布，提出了制备大面积薄膜的条件．结果表明：计算机模拟的结果与实验结果和有关文献的结果一致．     

中频溅射法制备薄膜电池正极LiCoO2薄膜结构的研究

采用大型中频磁控溅射系统制备了全固态薄膜电池用LiCoO_2阴极薄膜材料,研究了退火前后其结构及形貌的变化。结果表明,沉积的LiCoO_2薄膜具有晶态结构;沉积状态薄膜的晶体取向决定着退火后薄膜的晶体择优取向,退火只是使晶粒更加完整,并使择优取向发展得更好;沉积过程的O_2/Ar(氧分压)对薄膜的晶体取向影响很大,适当控制沉积条件,采用工业规模的中频磁控溅射设备可以制备出取向良好的LiCoO_2薄膜阴极材料。     

磁控溅射制备全固态薄膜锂离子二次电池及其性能研究

在SUS304不锈钢衬底上以粉末靶材为溅射靶源,利用射频磁控溅射技术制备出非晶态结构的V2O5、LiPON和LiMnO4薄膜,并借助扫描电子显微镜(SEM)测试手段对薄膜的形态进行表征.用此3种沉积的材料依次作为薄膜电池的负极、固体电解质和正极,金属钒则作为集电极,成功制备出全固态薄膜锂离子二次电池.实验结果表明,截止电位控制在0.3～4.0V之间测试时,该薄膜电池具有良好的充放电特性;经过500次循环后,其电化学性能趋于稳定,放电容量保持在2.67 μAh/cm2左右;采用恒定电流为20 μA进行循环性能测试时,首次放电容量达到4.41 μAh /cm2,循环寿命则可达到1 500次以上.     

基于磁控溅射技术沉积光伏电池用硅基薄膜材料的研究

硅基薄膜太阳能电池是光伏电池领域最具有发展前景的组件.采用非平衡磁控溅射技术制备氢化硅薄膜和SiNx/Si纳米多层膜,并对其结构与性能进行了分析.结果表明,Si∶ H薄膜呈现出非晶硅和硅纳米晶颗粒复合结构;随着溅射混合气中氢气含量的增加,Si∶ H薄膜的晶化程度增强;Si∶ H薄膜的光学带隙均高于2.0eV.利用交替磁控溅射方法沉积的SiNx/Si纳米多层膜结构,其呈现出非晶相.     

对靶磁控溅射FeCoN薄膜的结构与磁性

利用改进后的对靶磁控溅射系统,  以N₂/Ar混合气体为溅射气体,  在未加热的Si(111)衬底上沉积FeCoN薄膜.  采用X射线衍射仪(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)、 扫描电子显微镜(SEM)和超导量子干涉仪(SQUID)研究不同Co靶溅射功率对FeCoN薄膜样品的结构、 形貌和磁性性能的影响.  结果表明: 固定Fe靶功率为160 W(电流I=0.4 A),  当Co靶功率为2.4 W(I=0.04 A)时,  薄膜由Co溶入ε-Fe₃N中形成的ε-(Fe,Co)₃N化合物相构成; 当Co靶功率为58 W(I=0.2 A)时,  获得了Fe₃N/Co₃N化合物相,  薄膜的饱和磁化强度(M_s)为151.47 A·m²/kg,  矫顽力(H_c)为3.68 kA/m; 当Co靶功率为11.9 W(I=0.07 A)时,  制备出具有高饱和磁化强度的α″-(Fe,Co)₁₆N₂化合物相,  薄膜的M_s=265.08 A·m²/kg,  H_c=8.24 kA/m.  