AlN-Si-,3-N-,4-納米多層膜及Zr-Si-N復合膜的制備與性能研究.pdf

1、本論文采用磁控濺射方法制備不同調(diào)制周期的AlN/Si3N4納米多層膜和一系列不同Si含量的Zr-Si-N復合薄膜。研究了Si3N4非晶層在w-AlN晶體層上的晶化現(xiàn)象以及AlN/Si3N4納米多層膜的生長結(jié)構(gòu)、表面形貌和超硬效應(yīng)；采用材料熱力學和彈性力學計算了Si3N4層由晶態(tài)向非晶轉(zhuǎn)變的臨界厚度，探討了AlN/Si3N4納米多層膜出現(xiàn)超硬效應(yīng)的機理；研究了Si含量對Zr-Si-N復合膜的微結(jié)構(gòu)、高溫抗氧化性能和力學性能的影響；并討論了

2、Zr-Si-N復合薄膜可能的致硬機理。 研究結(jié)果表明： AlN/Si3N4納米多層膜中Si3N4層的晶體結(jié)構(gòu)和多層膜的硬度依賴于Si3N4層的厚度。當AlN層厚度為4.0nm和Si3N4層厚度為0.4nm時，AlN和Si3N4層共格外延生長，多層膜形成穿過幾個調(diào)制周期的柱狀晶結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生硬度升高的超硬效應(yīng)，最高硬度為37GPa，是由AlN和Si3N4膜通過混合法則計算值的1.4倍。隨著Si3N4層厚的增加，Si3N4層逐步

3、形成非晶并阻斷了AlN/Si3N4多層膜的共格外延生長，多層膜的硬度迅速降低，超硬效應(yīng)消失，而多層膜的表面粗糙度迅速減小，逐漸接近于Si3N4單層膜的表面粗糙度。當Si3N4層厚度小于0.7nm時，晶態(tài)的Si3N4層與w-AlN之間協(xié)調(diào)應(yīng)力和彈性模量的差異是AlN/Si3N4納米多層膜產(chǎn)生超硬效應(yīng)的主要原因。 Zr-Si-N 復合薄膜在 Si/Zr 原子比為0.03時獲得最大硬度和最大彈性模量，分別為37.8GPa和363GPa