原子層淀積膜層封孔研究.pdf

1、鋁材密度小、耐蝕性優(yōu)良，延展性好，適用于各種加工工藝，在建筑領(lǐng)域，日常用品領(lǐng)域，交通工具領(lǐng)域等有廣泛的應(yīng)用。鋁材是化學(xué)性質(zhì)活潑的物質(zhì)，其自然氧化膜通常沒有足夠的保護(hù)性能，因而鋁材大都進(jìn)行表面處理。對鋁材進(jìn)行陽極氧化處理生成的多孔型陽極氧化膜(anodicaluminumoxide，AAO)能對鋁材基體起到保護(hù)及改性作用。多孔型結(jié)構(gòu)的高孔隙率具有極強(qiáng)的吸附能力，易吸附污染物及腐蝕性物質(zhì)，對鋁材的外觀及耐用性產(chǎn)生影響，因膜的微孔必須進(jìn)行封閉

2、處理。傳統(tǒng)的封孔技術(shù)主要是高溫封孔，中溫封孔以及冷封孔技術(shù)。高溫封孔具有能耗大，保護(hù)性能有限，易產(chǎn)生裂紋等特點。中溫封孔中鉻及鎳對環(huán)境的污染較大。氟-鎳體系為主的冷封孔技術(shù)使用的材料也對環(huán)境有污染。因此，從節(jié)省能源及環(huán)境保護(hù)方面出發(fā)，新型綠色氧化膜封閉工藝是未來封孔領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。
　　原子層淀積(atomiclayerdeposition，ALD)技術(shù)是一種源于CVD技術(shù)的一種新型的綠色的薄膜制備方法，具有廣泛的應(yīng)用范圍。在上世

3、紀(jì)90年代，ALD技術(shù)就已經(jīng)被用來制備170nm～500nm不同厚度的Al2O3、TiO2和Ta2Os單一膜層，以及Al2O3-TiO2納米疊層來作為抗蝕性保護(hù)膜層。近年來ALD技術(shù)也被用來制備Al2O3及TiO2封閉PVD材料、鋼鐵等材料表面的微孔及其他缺陷。ALD工藝試驗技術(shù)具有高均一性和保型性，而且膜層的厚度可以有埃等級的精密控制。ALD技術(shù)能通過控制循環(huán)數(shù)來控制膜厚，逐步減小膜表面孔徑的尺寸，降低膜表面孔密度，因而在多孔材料封孔

4、方面具有極大的優(yōu)勢。因此，ALD技術(shù)生長薄膜的優(yōu)異的特性使其能作為封孔膜層制備的理想技術(shù)工藝，決定了其在綠色封孔工藝技術(shù)上將具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本論文的研究工作和研究成果如下:
　　1.陽極氧化實驗:采用自搭建陽極氧化平臺進(jìn)行鋁材陽極氧化實驗，在電壓為16.5V，硫酸電解液，電解液溫度為18℃的條件下陽極氧化處理25～30min，制備出大孔徑尺寸約為16nm的多孔陽極氧化鋁作為原子層封孔試驗樣品。經(jīng)過化學(xué)拋光后的鋁材能

5、獲得更好的陽極氧化多孔型結(jié)構(gòu)。
　　2.ALD淀積:采用脈沖式沉積過程，并以高純N2(99.99％)作為源載氣及清掃氣體進(jìn)行各種膜層淀積。采用三甲基鋁（TMA，99.7％）、四異丙氧基鈦(C12H28O4Ti)和去離子H2O分別作為Al源、Ti源(65℃)與O源，調(diào)節(jié)載氣流量以使腔體內(nèi)的真空度保持在0.15torr，分別制備不同循環(huán)數(shù)、不同生長溫度、不同時間序列、不同疊層的封孔樣品。
　　3.薄膜分析:Al2O3薄膜為非晶態(tài)

6、薄膜，TiO2薄膜為多晶薄膜。Al2O3薄膜淀積速率約為1.21(A)/cycle，TiO2薄膜淀積速率約為0.42(A)/cycle。XPS結(jié)果顯示出Al2O3和TiO2薄膜具有較高純度。封孔后表面薄膜是由顆粒直徑在～25nm大小的顆粒組成，且粒徑大小分布比較均勻，結(jié)構(gòu)致密。
　　4.孔徑改變分析:高深寬比的多孔型結(jié)構(gòu)封孔過程中近表面孔口處易形成CVD式淀積，孔封閉后形成內(nèi)部有空洞的結(jié)構(gòu)。
　　5.染色測試:顯示出隨著AL

7、D淀積循環(huán)數(shù)的增加，抗染色能力逐漸增強(qiáng)，封孔后樣品具有優(yōu)異的抗染色性能。
　　6.抗酸腐蝕性研究:單一Al2O3薄膜封孔抗蝕性能隨著樣品封孔溫度的升高先增強(qiáng)后降低，在200℃的溫度下抗蝕性能最好，以長清掃時間序列制備的樣品具有更好的抗蝕效果。單一TiO2膜層封孔樣品的抗酸性能隨著樣品封孔溫度的升高逐漸降低，在200℃的溫度下薄膜的抗蝕性能最好。以長清掃時間序列樣品具有更好的抗蝕效果。Al2O3/TiO2在每一疊層膜層循環(huán)周期數(shù)為2