離子束輔助中頻非平衡磁控濺射制備Ti-N-C膜的研究.pdf

1、本文首先對Ti-N-C膜系的硬質(zhì)膜的性能、制備以及檢測手段進行了綜述。在此基礎(chǔ)上，采用離子束輔助中頻非平衡磁控濺射技術(shù)制備了Ti/TiN、Ti/TiN/Ti(C，N)及Ti/TiN/Ti(C，N)/TiC膜系的硬質(zhì)膜。采用霍爾源作為輔助離子源，通過改變工作氣氛，偏壓模式，濺射電流以及輔助離子束電流在不同材料的基體上來制備一系列的試樣。通過一系列的實驗分析，以期得到一種制備優(yōu)良性能的Ti-N-C膜系的硬質(zhì)膜工藝。利用分光分度計、掃描電子顯

2、微鏡、X射線衍射儀、輪廓儀和納米力學綜合測試儀等分析儀器對膜的顏色、表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、表面粗糙度以及硬度等性能進行檢測分析，得到以下實驗結(jié)果及分析結(jié)論： (1)中頻非平衡磁控濺射對氣氛非常敏感，制備TiN膜層過程中氮氣的通入量變化超過5sccm，顏色會發(fā)生巨大的變化。制備Ti(C，N)膜層過程中乙炔和氮氣比例從1：1變化到2：1顏色發(fā)生巨大的變化。非平衡的磁場雖然對空間的離子濃度有一定的增加作用，然而在整個磁控濺射的過程中空間

3、的等離子體密度仍然比較小的情況下，反應(yīng)濺射中工作氣氛的微小變化仍然可能會引起表面膜層顏色的相當大的變化。 (2)利用中頻非平衡磁控濺射鍍制的TiN具有(111)擇優(yōu)取向，Ti(C，N)擇優(yōu)取向不是非常明顯，主要是(111)和(200)的取向差不多。當乙炔和氮氣的比例比較大的時候，出現(xiàn)比較明顯的(200)擇優(yōu)取向。非平衡磁控濺射技術(shù)和其他的PVD技術(shù)制備的TiN和Ti(C，N)相比，晶體擇優(yōu)取向并沒有明顯的變化，因此它們具有相近似

4、的性質(zhì)。非平衡的磁場并不會影響生成物的擇優(yōu)取向。 (3)基體的硬度有利于提高膜層最終的復(fù)合硬度和膜層的結(jié)合力。在Ti(C，N)制備過程中，乙炔的過量反而硬度會減小。基體和膜層材料的性質(zhì)越接近越能使膜層的表面改性作用越明顯。 (4)在鍍膜過程中施加霍爾電流，可以有效地增加膜基結(jié)合力。霍爾電流不僅使得空間等離子濃度增加，使得反應(yīng)鍍膜過程得以更加容易的進行，而且提高了膜層的純度。由于霍爾電流對工件的不斷轟擊作用使得工件本身的溫