磁控濺射制備Al-Mg-B薄膜及其性能的研究.pdf

1、AlMgB14復(fù)合材料是一種集眾多優(yōu)點(diǎn)于一身的超硬材料，它具有高硬度、低密度、低摩擦系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)異的性能使得該材料可以作為切割刀具或微型器件的保護(hù)涂層，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值和前景。本文采用三靶磁控濺射技術(shù)在單晶硅和軟金屬鋁上制備出Al-Mg-B薄膜，深入研究了沉積氣壓、基片負(fù)偏壓及硼靶功率對(duì)薄膜性能的影響。采用電子探針顯微分析(EPMA)、3D表面輪廓儀、原子力顯微鏡(AFM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、傅里

2、葉變換紅外光譜(FTIR)、納米壓痕、劃痕試驗(yàn)等分析手段對(duì)薄膜的化學(xué)組分、厚度、表面形貌、結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試表征。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)采用磁控濺射方法在不同的沉積氣壓下制備Al-Mg-B薄膜。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，所有制備出的薄膜均為穩(wěn)定的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，并且隨著沉積氣壓從0.3Pa增大到1.5Pa，薄膜的化學(xué)組成基本沒有受到影響，但發(fā)現(xiàn)薄膜的表面粗糙度逐漸降低，平均粗糙度和均方根粗糙度最低分別達(dá)到2.55nm和5.05nm

3、。當(dāng)沉積氣壓為0.5Pa時(shí)，薄膜的沉積速率和B12二十面體結(jié)構(gòu)的含量也達(dá)到了最大，并且非晶Al-Mg-B薄膜的硬度和楊氏模量分別達(dá)到了35GPa和322GPa。
　　(2)對(duì)基片施加0～200V的不同負(fù)偏壓，研究其對(duì)Al-Mg-B薄膜的影響。所有樣品的表面均平整光滑，適當(dāng)?shù)氖┘迂?fù)偏壓有助于表面的平整化，但過(guò)高的負(fù)偏壓會(huì)使表面的粗糙度升高，平均粗糙度和均方根粗糙度最低分別降到0.11nm和0.18nm，經(jīng)過(guò)表征發(fā)現(xiàn)薄膜中含有B12二

4、十面體的結(jié)構(gòu)，但所制備出的薄膜仍為非晶結(jié)構(gòu)。在負(fù)偏壓為150V時(shí)，Al-Mg-B薄膜的硬度和楊氏模量分別達(dá)到最大30GPa和289GPa。
　　(3)采用磁控濺射方法在軟基底Al上沉積出Al-Mg-B薄膜，通過(guò)XRD圖譜發(fā)現(xiàn)所有的樣品均為穩(wěn)定的非晶結(jié)構(gòu)。并且隨硼靶濺射功率的增大，表面粗糙度減小，薄膜的沉積速率增大，硬度和楊氏模量增大。當(dāng)B含量最高達(dá)到95.4at.％時(shí)，表面的平均粗糙度和均方根粗糙度最低分別達(dá)到1.27nm和3.0