复合氮化合物薄膜的研究

发布时间：2019-11-04 00:15

【摘要】：采用多源PVD技术在YG8硬质合金基体上分别沉积了Ti N和Ti NX薄膜,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及多功能材料表面试验仪,研究了多种元素的添加对Ti N涂层微观结构、断口和表面形貌的影响。结果表明:添加多种元素可使Ti N涂层的微观结构发生明显变化,能有效控制膜的结晶和生长模式,改变传统的(111)面的单一取向,从原来的(111)的择优取向,转变为(200)、(111)、(220)共同取向;Ti NX涂层的断口呈非柱状结构,表面粗糙度小于Ti N,具有更为均匀致密的结晶结构和光整的表面形貌,趋于Ti Al N薄膜的显微硬度,一致的结晶组织结构、有效的沉积效率、良好的膜基结合力有利于厚膜Ti N的制备;相对于Ti N,寿命可提高50%-100%。
【图文】：

衍射图谱,衍射图谱,方法,晶面

，但韧性差，因此具有(111)晶面择优取向的薄膜表现出较差的膜基结合力。当(200)晶面取向增强时，薄膜的机械性能向好。采用蒸发和溅射方法制备TiN膜，通常会得到(111)晶面衍射强度极高的织构现象，I(111)/I(200)可高达40倍;阴极电弧法(111)晶面的织构现象有所减弱。随着N2流量增加，膜层中出现衍射晶面择优取向的明显变化，由(111)面向(200)面取向转变。Pelleg等［8］的研究指出，面心立方结构薄膜的择优取向是由于表面能与应变能竞争的结果，其中(200)面具有最小表面能，(111)面具有最小应变能。图1MS、HCD方法TiN衍射图谱图2CAE方法TiN衍射图谱TiN膜柱状组织粗大，略呈扇形生长，存在分层现象。实际表现为薄膜内应力大，易脱落，膜厚很难超过3μm。产生织构现象的原因:发生择优取向的晶面和程度与多种因素有关，包括基体偏压、真空压强、沉积温度、氮气、氩气分压等。从能量的角度出发，面心立方(111)晶面的应变能最小，而(200)晶面的表面能最低，发生择优取向是薄膜组织中应变能和表面能作用所致。若所形成的粒子具有较高的能量，薄膜将形成(200)晶面的择优取向;若薄膜中存在较大内应力，为降低系统的能量，将形成(111)晶面的择优取向。(111)晶面的衍射峰越强，薄膜内部存在的应力越大。择优取向的量化表征，可以根据如下公式计算晶面的织构系数TC=Ihkl/Iohkl1n∑n(Ihkl/Iohkl)式中，Ihkl表示测得的(hkl)晶面的衍射峰强度;Iohkl表示理想晶体(标准卡片)对应的(hkl)晶面衍射峰的强度;n为晶面的数量。由于蒸发和溅射方法(220)的衍射峰极弱，在此只考虑(111)和(200)晶面的织构系数，TiN薄膜(111)晶面的TC值接近2.0，说明织构现象显著。3试验方法以TiN为基，，从多元

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面择优取向的薄膜表现出较差的膜基结合力。当(200)晶面取向增强时，薄膜的机械性能向好。采用蒸发和溅射方法制备TiN膜，通常会得到(111)晶面衍射强度极高的织构现象，I(111)/I(200)可高达40倍;阴极电弧法(111)晶面的织构现象有所减弱。随着N2流量增加，膜层中出现衍射晶面择优取向的明显变化，由(111)面向(200)面取向转变。Pelleg等［8］的研究指出，面心立方结构薄膜的择优取向是由于表面能与应变能竞争的结果，其中(200)面具有最小表面能，(111)面具有最小应变能。图1MS、HCD方法TiN衍射图谱图2CAE方法TiN衍射图谱TiN膜柱状组织粗大，略呈扇形生长，存在分层现象。实际表现为薄膜内应力大，易脱落，膜厚很难超过3μm。产生织构现象的原因:发生择优取向的晶面和程度与多种因素有关，包括基体偏压、真空压强、沉积温度、氮气、氩气分压等。从能量的角度出发，面心立方(111)晶面的应变能最小，而(200)晶面的表面能最低，发生择优取向是薄膜组织中应变能和表面能作用所致。若所形成的粒子具有较高的能量，薄膜将形成(200)晶面的择优取向;若薄膜中存在较大内应力，为降低系统的能量，将形成(111)晶面的择优取向。(111)晶面的衍射峰越强，薄膜内部存在的应力越大。择优取向的量化表征，可以根据如下公式计算晶面的织构系数TC=Ihkl/Iohkl1n∑n(Ihkl/Iohkl)式中，Ihkl表示测得的(hkl)晶面的衍射峰强度;Iohkl表示理想晶体(标准卡片)对应的(hkl)晶面衍射峰的强度;n为晶面的数量。由于蒸发和溅射方法(220)的衍射峰极弱，在此只考虑(111)和(200)晶面的织构系数，TiN薄膜(111)晶面的TC值接近2.0，说明织构现象显著。3试验方法以TiN为基，从多元合金化和能量的角度建立技?

【参考文献】