退火溫度與襯底溫度對(duì)TiNi薄膜組織結(jié)構(gòu)和相變行為的影響.pdf

1、本文以TiNi形狀記憶合金板作為靶材,利用磁控濺射法制備了近等原子比的TiNi合金薄膜,通過襯底加熱和晶化退火兩種方法獲得晶化薄膜,利用TEM、SEM、XRD、DSC等測(cè)試方法,系統(tǒng)分析了退火溫度、襯底加熱溫度及Ti含量等對(duì)薄膜組織結(jié)構(gòu)和相變過程的影響.研究結(jié)果表明:室溫下,磁控濺射方法制備的TiNi合金薄膜為非晶態(tài),薄膜以柱狀生長.隨濺射功率的增大和Ti含量的增加,薄膜的晶化溫度下降；富Ni薄膜在晶化退火的過程中伴隨有析出相產(chǎn)生,晶化

2、過程為:非晶一非晶+B2+Ti<,3>Ni<,4>→B2+Ti<,3>Ni<,4>.非晶富Ni薄膜經(jīng)520℃ 晶化退火后,可獲得B2相等軸晶,晶粒大小在50nm左右.隨退火溫度升高,薄膜中的B2相和Ti<,3>Ni<,4>相的晶粒也隨之長大,在560℃時(shí)B2相晶粒在500nm左右.隨退火溫度的升高Ti<,3>Ni<,4>相形貌變化規(guī)律為:細(xì)小顆粒一細(xì)小橢圓片狀→橢圓透鏡片狀→粗片狀.襯底加熱480℃以上獲得的富Ni薄膜為晶態(tài),晶

3、粒大小比較均勻,薄膜的生長過程屬于層核生長型.隨薄膜厚度增加,B2相晶粒由等軸晶轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢?距離基片越遠(yuǎn)這種生長形式愈加明顯.襯底加熱可以降低薄膜的晶化溫度,同時(shí)可以有效的抑制析出相的產(chǎn)生. 富Ni薄膜在降溫過程中發(fā)生兩步相變,其順序?yàn)锳→R、R→M相變；在升溫過程發(fā)生只有一步相變,即M→B2的轉(zhuǎn)變.富Ti薄膜在530℃晶化退火后,室溫下薄膜中存在三種相,B2相基體、Ti<,2>Ni相和Ti<,3>Ni<,4>相,襯底530℃加

4、熱濺射富Ni薄膜在室溫下組織中只存在B2相.兩種工藝獲得的晶化薄膜相變行為與富Ni薄膜一致.由于第二相Ti<,2>Ni的出現(xiàn),富Ti薄膜與富Ni薄膜相比相變溫度明顯提高.薄膜在升、降溫過程中Ti<,2>Ni相不發(fā)生變化. 在不同濺射條件下制得的TiNi薄膜在奧氏體狀態(tài)下的殘余應(yīng)力均為拉應(yīng)力,在濺射功率和工作氣壓相同的情況下,退火溫度越高,殘余應(yīng)力越小.濺射時(shí)間延長,薄膜厚度增加,應(yīng)力減小.襯底溫度越高殘余應(yīng)力越大,而且明顯高于真