脉冲电压对HPPMS制备CrN薄膜的组织结构与力学性能的影响

2014-12-24 夏飞 广东工业大学机电工程学院

  选择包覆高额定电率输入脉冲发生器造成的造成的磁控溅射枝术在单晶体Si 片、高速公路钢和破璃上制得CrN 溥膜。分开的研究了输入脉冲发生器造成的造成的工作电流在500,600, 700, 750 V 时对溥膜的组织开展安排的形式和力学形式稳定性的干扰。结果显示认为,跟随输入脉冲发生器造成的造成的工作电流的提升 ,靶材离化率提升 ,靶工作电流各类溅射分子阳阴阳离子规模级电能均提升 ,更基性岩的溥膜组织开展安排的形式更紧密,晶体越来越落实责任,表层更润滑,坚硬程度提升 。高额定电率输入脉冲发生器造成的造成的磁控溅射枝术应有了磁控溅射枝术制得的溥膜表层润滑优越,各类弧光阳阴阳离子镀高离化率优势,赚取了的形式稳定性出色的CrN 溥膜。   相对的于利用广泛性的的TiN 塑料溥膜,CrN 塑料溥膜除亦是更具较高的密度及热平衡性外,还更具更低的矛盾指数公式和残留刚度,繁多良好异的柔韧性和抗腐蚀不锈钢不锈钢性能指标,被广泛性的利用与繁多抗受损地方,如内然机火塞环的抗刮、抗腐蚀不锈钢不锈钢电镀件。阶段CrN 塑料溥膜的制取手段大部分是弧光化合物镀和电流磁控溅射,弧光化合物镀更具离化率高、磨合物速度快、黏附力好等独到之处,仅是弧源展示的材料等化合物体中产生丰富液滴,促使被磨合物塑料溥膜漆层产生大小粒,严重性的影响塑料溥膜漆层粗燥度;而磁控溅射靶材离化率低,材料大都以原子结构状态下产生,促使膜基紧密联系力差时,表层易脱层就失效。磁控溅射和多弧化合物镀的技术水平应用都必须制止地产生一点优缺点,为了能让新产品开发较多实用性强的高品效率表层简述在工艺的优化,进口真空的技术水平应用网(//crazyaunt.cn/)觉得试论新式表层制取的技术水平应用已经是为表层教育领域的迫切希望所需。   高公率电脉冲激光激光造成的磁控溅射( High power pulse magnetron sputtering,HPPMS) 是用较高的电脉冲激光激光造成的最高值输出功率和较低的电脉冲激光激光造成的占空比来带来高溅射复合离化率的种磁控溅射技艺,它遵循了电孤铁离子镀高的离化率和电流磁控溅射无大小粒的优越性,还可以备制出表面层光面且格局低密度的溥膜,对溥膜的能调理都具有为重要现实意义。这篇适用HPPMS技艺备制CrN硬塑溥膜,核心设计交流电源电脉冲激光激光造成的输出功率对CrN溥膜的格局和能的影响到。 1、实验室方式

  镀膜采用的设备为自主研制的磁过滤阴极真空电弧复合磁控溅射镀膜机,HPPMS 系统如图1 所示,其中高功率脉冲电源采用的是哈尔滨工业大学研制的直流复合脉冲电源。复合直流一方面针对靶材进行预离化,另一方面能够提高沉积速率。阴极靶采用的是纯度为99.99% 的Cr 靶,基体材料分别采用(100) 单晶Si 片、不锈钢片以及玻璃片。其中单晶硅片用来表征薄膜形貌,不锈钢片用来测试薄膜力学性能,玻璃片用来扫描X 射线衍射(XRD) 。先将基片在丙酮里超声清洗15 min,吹风机吹干后再在酒精里超声清洗15 min,然后将基片固定在真空腔室中的样品支架上,通过支架的公转系统将基片移动到正对磁控靶材的位置,待真空室的真空度达到3. 0 ×10 -3 Pa 以下时开始实验。首先向腔内通入纯度为99.99%的高纯Ar 气,使气压达到1.33 Pa,向基体施加350 V 负偏压利用辉光放电对基体刻蚀30min。然后调整Ar 流量为50 mL /min(标准状态) ,使腔内气压为0.2 Pa,开启高功率脉冲电源,调整直流电流为3 A,脉宽200 μs,频率50 HZ,脉冲电压为700 V,基体偏压为- 100 V,沉积Cr 过渡层,时间为3 min。最后沉积CrN 薄膜,Ar 气流量为50 mL /min,N2气流量为20 mL /min,脉冲偏压分别采用500,600,700,750 V,电源其它参数及基体偏压与过渡层沉积工艺相同,镀膜时间为30 min。

  以上所述实验报告过程中中基体对着靶材且不翻转视频。所进行了Hitachi 厂家S-4800 场发射卫星扫码电镜(FESEM) 考察bopp膜表面能层和剖面的微观粒子形貌。bopp膜的相组成部分所进行了德国的布鲁克厂家D8 Advance X 电子束衍射( XRD) 仪測試仪。bopp膜的奈米洛氏坚硬程度还有柔软性模量所进行了荷兰MTS 厂家NANO G200 奈米波浪纹仪測試仪,所进行了gif动态城市热力图打开御载经营模式,压入宽度为300 nm,考虑到减慢肌底对量测结果显示的损害,取压入宽度为膜厚的1 /10 处为量测值,所有检样均对4 个测点取月平均数。所进行了共价键力电子显微镜( AFM) 量测bopp膜表面能层的有粗糙度。所进行了荷兰center for tribology 厂家产出的UMT-3 多模块静磨擦力偏磨可靠性冲击试验机測試仪静磨擦力偏磨,用纹理仪扫码裂痕纹理弧线确定bopp膜的偏磨率,用维氏洛氏坚硬程度计波浪纹表现bopp膜的耐磨性。

HIPIMS系统示意图

图1 HIPIMS 模式构造图 3、结果   本篇文章应用HPPMS 配制CrN 透明膜,根据变更高工作功率输入激光电激光脉冲激光激光开关电源中的输入激光电激光脉冲激光激光输出功率功率参数设置,探析靶功率的直流变压器电流基本特性相应透明膜构成、流体力学特性的转变,推算出以内论文:时间推移输入激光电激光脉冲激光激光输出功率功率的多,阴阴离子靶材附进的功率同比度增长,靶材外面等阴离子盐浓度变高; 透明膜由CrN( 111) 、CrN( 200) 、CrN( 220) 相組成,输入激光电激光脉冲激光激光输出功率功率变更不危害透明膜的相組成,时间推移输入激光电激光脉冲激光激光输出功率功率的多衍射峰变宽,峰位向大方向角移位,表示晶格常数变小、金属材质晶粒大小变窄; 在输入激光电激光脉冲激光激光输出功率功率为750 V 时透明膜的金属材质晶粒大小最细,构成最低密度,且外面光滑细腻; 根据HPPMS 技木获得了了氏硬度标准为18. 5GPa 的CrN 透明膜,与直流变压器磁控溅射相信,透明膜氏硬度标准同比度升级。