脈沖激光沉積鈦膜的工藝與機理的研究.pdf

1、金剛石膜是一種性能優(yōu)異的結構和功能材料，它具有高硬度、低摩擦系數(shù)、高熱導率、高透光率、低介電常數(shù)和寬禁帶等性質。在不銹鋼表面沉積金剛石薄膜，能兼顧不銹鋼的堅韌性和金剛石的強度、硬度及耐磨性，具有廣闊的應用前景。然而在鋼基表面直接沉積金剛石膜十分困難，研究者通常采用在鋼基表面制備中間過渡層的方法來加以解決。 本文用金屬鈦作為過渡層，以阻止Fe的石墨催化作用，同時由于Ti是強碳化物形成元素，與金剛石薄膜會發(fā)生界面擴散反應生成TiC，

2、可促進Ti與金剛石之間良好的化學結合，提高界面之間的結合力；此外，鈦中間層與基體鋼反應生成金屬間化合物，使得基體和中間層緊密結合。 本研究用脈沖激光方法來制備金屬鈦膜，系統(tǒng)地研究脈沖激光沉積參數(shù)對鈦膜結構的影響。用XRD來分析物相結構，SEM來觀察膜的表面形貌，橢圓偏振儀來測量膜厚，XPS來分析膜表面的化學成分和相對含量。 與濺射法沉積金屬薄膜相比，脈沖激光的沉積率要低得多，這是因為兩者沉積機制不同。金屬對激光束有一定的

3、反射效應，吸收率不高。實驗時通入Ar氣后，Ti膜的結晶性變好，這是由于氣體分子與等離子羽輝中的粒子碰撞，帶走了一部分熱量，滿足結晶的熱力學條件。并且通入Ar氣可有效地減小膜的再濺射效應，沉積的Ti膜的厚度變大。 由于金屬鈦具有很高的活性，在高真空下仍很容易結合空氣中的氧、氮而生成相應的氧化物、氮化物。只有進一步提高真空度，才有可能沉積出鈦膜。另外，腔體內(nèi)壁的潔凈度對薄膜質量的影響也很大。用有機溶劑擦洗內(nèi)壁并進行長時間烘烤，可以提