脈沖激光沉積鈦膜的工藝與機(jī)理的研究.pdf

1、金剛石膜是一種性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)和功能材料，它具有高硬度、低摩擦系數(shù)、高熱導(dǎo)率、高透光率、低介電常數(shù)和寬禁帶等性質(zhì)。在不銹鋼表面沉積金剛石薄膜，能兼顧不銹鋼的堅(jiān)韌性和金剛石的強(qiáng)度、硬度及耐磨性，具有廣闊的應(yīng)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?zhàn)鳛檫^渡層，以阻止Fe的石墨催化作用，同時(shí)由于Ti是強(qiáng)碳化物形成元素，與金剛石薄膜會(huì)發(fā)生界面擴(kuò)散反應(yīng)生成TiC，

2、可促進(jìn)Ti與金剛石之間良好的化學(xué)結(jié)合，提高界面之間的結(jié)合力；此外，鈦中間層與基體鋼反應(yīng)生成金屬間化合物，使得基體和中間層緊密結(jié)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(jié)構(gòu)的影響。用XRD來分析物相結(jié)構(gòu)，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(xué)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?yàn)閮烧叱练e機(jī)制不同。金屬對激光束有一定的

3、反射效應(yīng)，吸收率不高。實(shí)驗(yàn)時(shí)通入Ar氣后，Ti膜的結(jié)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(jié)晶的熱力學(xué)條件。并且通入Ar氣可有效地減小膜的再濺射效應(yīng)，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(jié)合空氣中的氧、氮而生成相應(yīng)的氧化物、氮化物。只有進(jìn)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(zhì)量的影響也很大。用有機(jī)溶劑擦洗內(nèi)壁并進(jìn)行長時(shí)間烘烤，可以提