鋼鐵表面沉積氮化硅膜研究.pdf

1、傳統(tǒng)相變熱處理和化學(xué)熱處理用于鋼鐵表面改性已很難滿足現(xiàn)代工業(yè)，尤其是精密加工制造業(yè)的需要。氮化硅膜以其硬度高、耐磨性和耐腐蝕性好，具有良好的自潤(rùn)滑性等優(yōu)點(diǎn)，引起了許多材料工作者的關(guān)注。將其用于鋼鐵表面改性，將極大提高鋼鐵表面性能。但二者因熱膨脹系數(shù)不匹配，使解決好膜與基體的結(jié)合性成為研究的關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)室已用APTCVD(常壓熱化學(xué)氣相沉積)法在鋼鐵表面成功沉積了氮化硅膜，并對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行了表征與分析，從而證實(shí)了該法制備的氮化硅膜具有良

2、好性能、能實(shí)現(xiàn)膜層與基體的擴(kuò)散性結(jié)合、且附著性好。 本文研究目的是在實(shí)驗(yàn)室前期研究的基礎(chǔ)上，采用APTCVD法和PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)法對(duì)此作進(jìn)一步研究，優(yōu)化沉積工藝。CVD(化學(xué)氣相沉積)是制備高性能薄膜最為精細(xì)的方法，目前已開發(fā)出的CVD方法種類繁多。在這些眾多方法中，APTCVD法和PECVD法相對(duì)其它成膜方法有著獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此決定采用該兩種方法進(jìn)行鋼鐵表面沉積氮化硅膜研究。APTCVD法設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝也不

3、復(fù)雜，能使生成的氮化硅膜與基體實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散性結(jié)合。PECVD法沉積溫度低，無(wú)需對(duì)沉積表面進(jìn)行氫還原處理，沉積的膜層均勻致密。 本文以硅烷作為生長(zhǎng)氮化硅膜的硅源，硅烷是一種清潔的硅源，不會(huì)給基體和沉積膜層帶來(lái)任何不良影響。高純硅烷可本實(shí)驗(yàn)室自制，實(shí)現(xiàn)了硅烷制備技術(shù)與薄膜沉積技術(shù)的聯(lián)合，從而可有效降低氮化硅膜沉積的成本。 本文研究方案：對(duì)于APTCVD法，采取的是先硅化后氮化和直接沉積的兩種方式，研究了兩種方式下溫度對(duì)沉積氮化硅

4、膜的影響，并對(duì)直接沉積的氮化硅膜進(jìn)行了退火處理。對(duì)于PECVD法，分別研究了溫度、射頻功率、硅烷與氨氣流量比、退火時(shí)間和溫度等反應(yīng)條件對(duì)沉積氮化硅膜的影響。 對(duì)上述兩種方法在不同條件下沉積的氮化硅膜，分別進(jìn)行了XRD、SEM、FTIR表征，其中由于PECVD法沉積的氮化硅膜形貌非常均勻致密，于是采用了AFM(原子力顯微鏡)來(lái)表征其形貌。對(duì)表征的結(jié)果進(jìn)行了分析和討論，從而確定沉積氮化硅膜的合適工藝。 最后，本文對(duì)兩種方法進(jìn)