磁控溅射Ti-Si-N纳米复合超硬膜的研究

摘要

传统的TiN膜具有硬度高、耐磨、耐腐蚀及其它优良的性能,在刀具、工磨具等方面已经有了广泛的应用。随着科技的发展,近年来许多科技工作者都试图采用多种方法进一步改善TiN薄膜,其中包括添加Al、Si、C、B等合金元素至TiN膜中,以改善组织结构和性能。自从VeprekS.首先报道采用CVD的方法制备Ti-Si-N纳米复合膜后,由于Ti-Si-N膜具有nc-TiN/a-Si3N4组织结构,即纳米尺寸的TiN镶嵌在非晶Si3N4基体中,Ti-Si-N类纳米复合超硬膜以其高硬度、耐磨性、优良的热稳定性和化学稳定性引起了人们的普遍关注。rn 本研究采用钛-硅复合靶,通过控制反应磁控溅射的各工艺参数制得了一系列Ti-Si-N膜,并借助能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、纳米压入仪和划痕仪对膜层的成分、结构和力学性能进行了分析。结果发现,可方便地通过改变氮气分压的方法来调整Ti、Si元素含量比、微现组织结构及力学性能.少量氮气的加入能制得纳米硬度高达53GPa的Ti-Si-N超硬膜,而随着氮气分压的增加,膜层中TiN相和Si3N4相的比例减小,纳米硬度逐渐下降,同时,TiN晶粒的平均尺寸也逐渐减少。