中頻反應(yīng)磁控濺射制備氮化鋯薄膜及顏色制備工藝參數(shù)研究.pdf

1、氮化鋯是一種重要的裝飾硬膜，是裝飾鍍膜行業(yè)高度重視研究對(duì)象。氮化鋯薄膜的顏色是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo)，為了獲得用戶滿意的一種顏色，鍍膜專家通常要做數(shù)百爐次試驗(yàn)，才能找到合適的工藝參數(shù)。這需要花費(fèi)大量的時(shí)間、也需花費(fèi)很多成本，是否能夠認(rèn)識(shí)到較為準(zhǔn)確的氮化鋯顏色與工藝參數(shù)的關(guān)系，以便快速、有效地獲得所需顏色的薄膜成為當(dāng)前亟待研究的課題。 目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)氮化鋯膜層的大多數(shù)研究集中于氮化鋯薄膜的結(jié)構(gòu)、耐磨、耐蝕等物理性能，對(duì)于顏色機(jī)理未

2、進(jìn)行系統(tǒng)研究。尤其是關(guān)于膜層顏色與工藝參數(shù)的關(guān)系，目前有關(guān)氮化鋯膜層顏色研究只是根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，定性地討論了宏觀參數(shù)對(duì)膜層顏色的影響，而沒有做理論分析。 本文采用中頻交流反應(yīng)磁控濺射的方法制備氮化鋯薄膜，將質(zhì)譜儀應(yīng)用于濺射過程氮分壓監(jiān)控，對(duì)氮化鋯薄膜顏色機(jī)理做了系統(tǒng)的分析，并通過試驗(yàn)，對(duì)工藝參數(shù)與顏色坐標(biāo)參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了分析研究，得到了以下幾點(diǎn)結(jié)論： 1.將QMS422質(zhì)譜儀應(yīng)用于精確測(cè)量和實(shí)時(shí)控制真空爐內(nèi)氣體分壓，在濺射

3、過程控制，特別是顏色調(diào)控中可以取得良好效果。 2.對(duì)氮化鋯薄膜顏色機(jī)理進(jìn)行了深入、系統(tǒng)的研究。認(rèn)為自由載流子吸收機(jī)制是氮化鋯薄膜顏色生成的主要機(jī)制，其微觀機(jī)制是鋯的d電子產(chǎn)生的d-d躍遷，在宏觀上表現(xiàn)為氮化鋯顏色與等離子頻率具有緊密聯(lián)系。 3.建立了氮化鋯顏色與工藝參數(shù)的關(guān)系的理論模型，從理論上探討了各工藝參數(shù)對(duì)氮化鋯顏色的影響。 4.通過采用二次正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，建立了薄膜顏色和主要工藝參數(shù)氮分壓、靶功

4、率與鍍膜時(shí)間的數(shù)學(xué)模型，認(rèn)為氮分壓是影響氮化鋯顏色的主要參數(shù)，氮分壓、靶功率具有交互作用，靶功率對(duì)氮分壓有補(bǔ)償作用。 5.在不同氮分壓下制備了氮化鋯薄膜，研究了氮分壓對(duì)氮化鋯顏色的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨氮分壓升高，氮化鋯薄膜色度坐標(biāo)L*值呈單調(diào)下降趨勢(shì)，薄膜色度坐標(biāo)a*、b*值的變化曲線類似環(huán)形曲線。認(rèn)為原因隨氮分壓升高更多氮原子奪取了鋯原子內(nèi)d層自由電子。 6.在Sp1215機(jī)型上利用二項(xiàng)式逐步回歸分析方法建立了回