超硬含氧化物納米多層膜的獲得及研究.pdf

1、氮化物陶瓷薄膜具有較高的硬度并已應(yīng)用于刀具涂層,而由兩種氮化物組成的納米多層膜更是因其超硬效應(yīng)引起研究者的廣泛重視,但是氮化物多層膜的抗氧化性能尚嫌不足.相比之下,氧化物陶瓷薄膜具有優(yōu)良的高溫抗氧化性,但其硬度不夠高.1996年Sproul在SCIENCE上提出交替沉積氧化物納米多層膜的方法,期望獲得兼有高硬度和高抗氧化能力納米多層膜以滿足切削技術(shù)進步對刀具涂層提出的要求.遺憾的是,迄今為止,尚未見到成功制備此類薄膜材料的報道.分析認為

2、,氧化物在濺射條件下常以非晶態(tài)存在是導(dǎo)致氧化物多層膜硬度增量缺失的主要原因.即使個別氧化物組合能夠以晶態(tài)存在,但其模量差異不夠明顯,因此也不能滿足產(chǎn)生超硬效應(yīng)的條件.由于濺射條件下以晶態(tài)存在且存在較大模量差異的氧化物組合相對較少,因此采用含氧化物納米多層膜的材料體系設(shè)計有望成為一條有效的替代途徑.本論文對納米多層膜產(chǎn)生超硬效應(yīng)所必須滿足的性能和微結(jié)構(gòu)要求以及氧化物薄膜的特征進行了分析,在對TiN/TiB<,2>納米多層膜中非晶晶化現(xiàn)象進

3、行研究的基礎(chǔ)上,提出了一條采用晶化的氮化物或硼化物與氧化物組成納米多層膜體系,通過改變多層膜的調(diào)制比使非晶氧化物層在晶體模板層作用下產(chǎn)生晶化,進而獲得共格外延生長的高硬度含氧化物納米多層膜的技術(shù)路線.按照這一技術(shù)路線,論文對氧化物在多層膜中晶化并與模板層形成共格外延生長的因素和條件進行了深入研究,成功制備出了具有超硬效應(yīng)的TiN/SiO<,2>、TiB<,2>/SiO<,2>和TiN/Al<,2>O<,3>等含氧化物納米多層膜.借助于X

4、RD、SEM、EDX、HRTEM和微力學(xué)探針等技術(shù)手段,系統(tǒng)地表征了具有不同非晶調(diào)制層厚(最小厚度低于0.4nm)的納米多層膜的生長結(jié)構(gòu)和界面特征,對模板作用下產(chǎn)生的非晶晶化現(xiàn)象進行了討論;研究了非晶晶化以及由此產(chǎn)生的微結(jié)構(gòu)變化對多層膜力學(xué)性能的影響,并在此基礎(chǔ)上討論了制備超硬含氧化物納米多層膜的技術(shù)路線.本論文提出的從非晶晶化出發(fā)制備具有超硬效應(yīng)含氧化物納米多層膜的技術(shù)路線,以及這一技術(shù)路線在多個材料體系中獲得成功應(yīng)用的研究結(jié)果,國內(nèi)