TaN和TaN/AlN薄膜的力学性能和热稳定性的研究

发布时间：2023-10-13 20:58

　　TaN是一种有良好的力学性能、高热稳定性和好的抗氧化性的材料,而TaN又具有十分复杂的相结构,结构的多样性将导致了薄膜性能的多样性,有必要建立TaN中相结构与力学性能、热稳定性和抗氧化性的内在联系。因此为了研究TaN薄膜的各性能与结构的关系,我们采用磁控溅射的方法制备一系列具有不同结构的TaN薄膜。此外,AlN薄膜具有非常好的抗氧化性和结构稳定性(稳定结构为六方结构),常作为调质层与过渡金属氮化物(TMN)构成多层膜,以提高硬度和抗氧化能力,其中当AlN与具有NaCl型结构的过渡金属氮化物(TMN)结合形成多层膜时,会形成亚稳态的立方结构,这种TMN/AlN多层膜结构已经有了很多的研究。非晶结构与结晶结构的材料形成多层膜,会发生先外延再恢复成非晶结构的现象。非晶结构的出现阻断了外延生长,破坏了薄膜的结晶完整性。目前大多数关于这种结构的研究都围绕着多层膜的硬度增强现象以及对致硬原理的分析。而我们则考虑研究非晶层对薄膜抗氧化性的影响,因此,我们制备具有不同AlN层厚度的TaN/AlN多层膜。我们应用到的分析表征手段包括:XRD、XRR、HRTEM、SEM、纳米压痕、摩擦磨损,真空退火和空气...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 纳米多层膜体系
        1.2.1 金属-金属体系
        1.2.2 陶瓷\金属体系
    1.3 纳米多层膜的生长
        1.3.1 薄膜的外延特性
        1.3.2 纳米多层膜的外延极限
    1.4 纳米多层膜的热稳定性
        1.4.1 互扩散
        1.4.2 相结构的变化
        1.4.3 氧化
    1.5 过渡金属氮化物多层膜
        1.5.1 过渡金属氮化物
        1.5.2 过渡金属氮化物多层膜
        1.5.3 AlN/氮化物纳米多层膜
    1.6 纳米多层膜的发展现状
    1.7 选题依据和研究内容
第2章 样品的制备、表征及热处理
    2.1 样品的制备
        2.1.1 磁控溅射原理
        2.1.2 薄膜的生长
        2.1.3 实验装置
        2.1.4 薄膜制备
    2.2 样品的表征
        2.2.1 结构表征
        2.2.2 性能表征
    2.3 热处理
        2.3.1 热处理装置
        2.3.2 热处理实验
第3章 改变氮气流量对TaN薄膜微观结构和抗氧化性的影响
    3.1 引言
    3.2 实验参数
    3.3 不同氮气流量对TaN膜的微观结构及力学性能的影响
        3.3.1 沉积速率和微观结构
        3.3.2 摩擦磨损和硬度
    3.4 不同氮气流量下溅射沉积的TaN膜的热稳定性
    3.5 本章小结
第4章 改变AlN层厚度对TaN\AlN多层膜结构及性能的影响
    4.1 引言
    4.2 实验参数
    4.3 TaN\AlN多层膜的微观结构
        4.3.1 薄膜的调制结构
        4.3.2 薄膜的相结构
    4.4 TaN\AlN多层膜的热稳定性
        4.4.1 调制结构及相结构稳定性
        4.4.2 力学性能稳定性
        4.4.3 抗氧化性
    4.5 小结
第5章 全文总结
参考文献
致谢



本文编号：3853761