（材料學(xué)專業(yè)論文）鋼基sic耐磨薄膜制備研究.pdf

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 摘要 材料科學(xué)的各分支中 薄膜材料科學(xué)的發(fā)展一直占據(jù)了極為重要的地位 薄膜材料是相對塊體材料而言的 是人們采用特殊的方法 在塊體材料的表面沉 積或制各的一層與塊體材料性質(zhì)完全不同的物質(zhì)層 薄膜材料受到重視的原因在 于它往往具有特殊的材料性能或性能組合 s i c 由于具有非常高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性以及優(yōu)良的光電性能 近幾年 來越來越受到人們的重視和關(guān)注 目前 國內(nèi)外對于s i c 薄膜的研究主要集中在 微電子 光電領(lǐng)域 使用的基材以單晶硅 金剛石 w c 等為主 制備的方法常 用有液相外延 l p e 化學(xué)汽相沉積 c v d 分子束外延 m b e 等 然而 s i c 除了具有上述特性外 還具有優(yōu)良的力學(xué)性能 如很高的硬度 耐磨性能等等 因此 在宇航和汽車工業(yè)中也被認(rèn)為是未來制造燃?xì)廨啓C(jī) 火箭噴嘴和發(fā)動機(jī)部 件最有希望的材料之一 磁控濺射制備s i c 薄膜具有高沉積速率 成膜質(zhì)量好等特點(diǎn) 尤其是成膜 溫度低 不影響基材的性能 所以很適用于金屬表面改性 本課題就是通過磁控 濺射的方法 在4 0 c r 和t 1 0 鋼的表面獲得了s i c 薄膜 通過x 射線衍射 傅立 葉紅外光譜分析 摩擦磨損和劃痕等試驗(yàn)研究了工藝參數(shù) 濺射方式以及中間層 對薄膜質(zhì)量的影響 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 室溫下用磁控濺射的方法所制備的s i c 薄膜為非晶態(tài) 傅立 葉紅外光譜證實(shí)了薄膜中s i c 鍵的存在 用射頻方式 功率為2 0 0 w 時間為2 小時制備的薄膜表面光滑致密 結(jié)合力良好 磷合金中間層的加入能有效增加結(jié) 合強(qiáng)度 s i c 薄膜的摩擦系數(shù)約為鋼基體的二分之一 中間層鎳磷合金的加入進(jìn) 一步有效地減小了摩擦系數(shù) 降低了磨損量 射頻法制備功率為2 0 0 w 時問為2 小時 工作氣壓為0 1 p a 條件下的s i c n i p 雙層薄膜性能最佳 關(guān)鍵詞 s i c 薄膜 磁控濺射 結(jié)合力 摩擦系數(shù) 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t i ne a c hb r a n c ho ft h er 矗a t e r i a ls c i e n c e t h ed e v e l o p m e n to ft h et h i nf i l m m a t e r i a ls c i e n c eh a db e e no c c u p y i n gt h ee x t r e m e l yi m p o r t a n tp o s i t i o n c o m p a r e d 謝t ht h eb u l km a t e r i a l 也et h i nf i l mm a t e r i a li sa l le n t i r e l yd i f f e r e n tm a t e r i a ll a y e r d e p o s i t e do rp r e p a r e do nt h eb u l km a t e r i a lb ys p e c i a lm e t h o da d o p t e d t h er e a s o n w h yt h et h i nf i l mm a t e r i a li sv a l u e di st h a ti tu s u a l l yh a ss p e c i a lp e r f o r m a n c eo r p e r f o r m a n c ec o m b i n a t i o n s s i ci sm o r ea n dm o r ev a l u e da n dc o n c e m e db yp e o p l ei n 血el a s tf e wy e a r s b e c a u s eo fh a v i n gv e r yh i g hc a l o r i f i c s c h e m i s t r ys t a b i l i t i e sa n dg o o dp h o t o e l e c t r i c i t y p e r f o r m a n c e c u r r e n t l y t h ec o n c e n t r a t i o no ft h ed o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a lr e s e a r c h o ft h et h i nf i l mo fs i ci si nt h ef i e l do fm i c r o e l e c t r o n c sa n dp h o t o e l e c t r i c i t y t h e p r i m a r yu s a g eo ft h es u b s t r a t em a t e r i a li sm o n o c r y s t a l l i n es i l i c o n d i a m o n da n dw c e t c t h ec o m m o np r e p a r a t i o nm e t h o d si n c l u d el i q u i dp h a s ee p i t a x i a l l p e c h e m i c a l v a p o rd e p o s i t i o n c v d m o l e c u l a rb e a me p i t a x y m b e e t c h o w e v e r i na d d i t i o nt o t h ea b o v e m e n t i o n e dc h a r a c t e r i s t i c t h es i ci ss t i l lh a v i n gt h eg o o dm e c h a n i c s f u n c t i o n s u c ha st h ev e r y h i g hd e g r e eo fh a r d n e s s t r i b o l o g i c a lp r o p o r t i t i e se t c t h e r e f o r e i ti sa l s ot h o u g h tt ob eo n eo ft h em o s th o p e f u lm a t e r i a l so fg a st u r b i n g r o c k e tn o z z l e s a n de n g i n ec o m p o n e n t si na s t r o n a u t i c sa n dt h ea u t o m o b i l ei n d u s t r i e s i nt h ef u t u r e 1 1 1 ep r e p a r a t i o no fs i cf i l mb ym a g n e t r o ns p u t t e r i n gh a sm a n yc h a r a c t e r i s t i c s s u c ha sh i g hd e p o s i t i o nr a t e g o o df i l mq u a l i t ye t c e s p e c i a l l yt h el o wf i l mf o r m a t i o n t e m p e r a t u r ea n dn oi n f l u e n c eo nt h es u b s t r a t ep e r f o r r n a n c e s o i ti sv e r ya p p l i c a b l et o m e t a ls u r f a c em o d i f i c a t i o n i nt h i st o p i c s i cf i l m so n4 0 c ra n dt 1 0a r eg a i n e db y m a g n e t r o ns p u t t e r i n gm e t h o d i n f l u e n c eo fd i f f e r e n tp r o c e s sp a r a m e t e r s s p u t t e r i n g m e t h o d sa n dn i pa l l o yi n t e r l a y e ro nt h eq u a l i t yo ft h ef i l m s i ss t u d i e db yx r a y d i f f r a c t i o nt e s t f t i rs p e c t r o s c o p i ca n a l y s i s f r i c t i o na n dw e a rt e s ta n ds c r a t c h i n g t e s t t h er e s u l t so fe x p e r i m e n ti n d i c a t et h a tf i l mp r e p a r e db ym a g n e t r o ns p u t t e r i n ga t r o o mt e m p e r a t u r ei sa m o r p h o u st h ef t i rs p e c t r o s c o p i ca n a l y s i sp r o v e st h a tt h e r ei s s i cb o n di nt h ef i l m t h ef i l mp r e p a r e db yr fm a g n e t r o ns p u t t e r i n ga t2 0 0 w 2 hi s s m o o t h d e n s i f i e da n dh a sg o o da d h e r e n c e t h en i pa l l o yi n t e r l a y e rc a ne f f e c t i v e l y i m p r o v ea d h e r e n c eb e t w e e nf i l ma n ds u b s t r a t e t h ef r i c t i o nc o e f f i c i e n to fs i ct h i n f i l m si sa b o u th a l fo ft h a to ft h es u b s t r a t e t h en i pa l l o yi n t e r l a y e rc a na l s of a r t h e r d e c r e a s e st h ef r i c t i o nt o e f f i c i e n ta n dr e d u c et h ew e a rq u a n t i t y t h ef i l mp r e p a r e db v r fm a g n e t r o ns p u t t e r i n ga t2 0 0 w 2 ha n d 0 1p ah a st h eb e s tc o m b i n a t i o np r o p e r t i e s k e yw o r d s s i ct h i nf i l m m a g n e t r o ns p u t t e r i n g a d h e r e n c e f r i c t i o nc o e f f i c i e n t i i 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留 使用學(xué)位論文的規(guī)定 同意學(xué) 校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版 允許論文 被查閱和借閱 本人授權(quán)江蘇大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部內(nèi)容編入有 關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編 本學(xué)位論文 保密口 本學(xué)位論文屬于 在年我解密后適用本授權(quán)書 不保密囪 學(xué)位論文作者簽名 張旰 麗年占月 日 指導(dǎo)教師簽名 鄂鰣己 枷j 年易其哆e t 獨(dú)創(chuàng)性申明 本人鄭重聲明 所呈交的學(xué)位論文 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下 獨(dú)立 進(jìn)行研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容以外 本論文 不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果 對本文的研 究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體 均己在文中以明確方式標(biāo)明 本人完全 意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 學(xué)位論文作者簽名 疑昨 弦眵年z 月 t 日 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章緒論 1 1s i c 的基本性能和應(yīng)用 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對機(jī)械部件提出的綜合性能往往超過了單一材料可以 達(dá)到的性能要求 例如 對于高溫環(huán)境下使用的部件 除了要求它具有較高的高 溫強(qiáng)度之外還要求具有良好的抗高溫氧化 耐腐蝕 抗沖刷和磨損的能力 對于 在劇烈磨損環(huán)境中使用的工具則對其在高溫強(qiáng)度 韌性 耐磨性能方面都提出了 比以往更高的要求 顯然 以往的單一材料不可能滿足所有的性能要求 采用薄 膜材料則可以很有效地發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn) 同時避免他們的局限性 耐磨和防護(hù)薄膜技術(shù)的采用可以有效地降低各類部件的機(jī)械磨損 化學(xué)腐 蝕及高溫氧化傾向 從而延長其使用壽命 薄膜材料涉及各種氧化物 碳化物 氮化物 硼化物陶瓷 如s i c t i n w c t i b 2 等 以及某些金屬間化合物i l j 上述材料的共同特點(diǎn)是他們一般均具有很高的硬度和熔點(diǎn) 耐磨性和耐化學(xué)腐蝕 能力良好 因而可以廣泛應(yīng)用在需要耐磨及防護(hù)的機(jī)械零件上 s i c 是 一i v 族化合物 其晶體有多種結(jié)晶形式 其中立方晶體3 c s i c 又叫做b s i c 其余均為n s i c 2 i 圖1 1 為一些較為典型的結(jié)晶形式的結(jié)構(gòu)示 意圖 其中 a 為立方晶體 b 和 c 均為o s i c s i c 具有良好的物理學(xué) 化學(xué)性能 已經(jīng)引起人們對它研究的廣泛興趣 bc 8c 兒 4 聱一f 仆 1 s c 拈c 矗e t c b 一s c 圖1 1s i c 結(jié)構(gòu)示意圖 f i g 1 1s c h e m a t i cm o d e l so f s i cs t r u c t u r e 囂e a e靜a黠e c臼 c 層 c 8 c 0 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 l i t 1s i c 的物理學(xué)性能 s i c 具有很高的硬度 它的莫氏硬度為9 2 93 稍低于金剛石 1 0 而高 于剛玉 8 它還具有高耐磨性 以金剛石的耐磨性為1 0 剛玉為9 則碳化硅 為9 1 5 s i c 的熱穩(wěn)定性也很好 在常壓下不可能熔化s i c 在高溫下 s i c 升 華并分解成碳和含硅的s i c 蒸氣 殘留下來的石墨以原晶體的贗體存在 3 1 實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn) s i c 在2 8 3 0 c 左右和3 5 a r m 的條件下出現(xiàn)轉(zhuǎn)熔點(diǎn) 在這種情況下s i c 分 解為與石墨相平衡的富硅液體 因此 s i c 沒有固定熔點(diǎn) 1 1 2s i c 的化學(xué)性能 正常溫度下s i c 幾乎不會和任何酸發(fā)生反應(yīng) 但是能溶解于熔融的氧化劑 物質(zhì) 在3 3 0 c 下溶于n a o h 和k o h 的混合溶液 在9 0 0 1 2 0 0 s i c 和氯氣 迅速發(fā)生化合反應(yīng) 在所有化學(xué)反應(yīng)中 立方結(jié)構(gòu)的s i c 比六方結(jié)構(gòu)的s i c 更活 潑 1 1 3s i c 的電學(xué)性能 不同的s i c 同質(zhì)異型體具有不同的電學(xué)性質(zhì) 有資料證明 s i c 的禁帶寬度 為s i 的2 3 倍 熱導(dǎo)率為s i 的4 4 倍 臨界擊穿電場為s i 的8 倍 電子的飽 和漂移速度為s i 的2 倍i 1 i as i c 薄膜的廣泛應(yīng)用 s i c 具有高硬度 良好的高溫強(qiáng)度 優(yōu)越的耐腐蝕性能以及良好的導(dǎo)熱性能 所班是一種重要的高溫結(jié)構(gòu)材料 此外它還具有比硅優(yōu)越得多的熱穩(wěn)定性和耐高 溫性 具有較高的擊穿電壓以及較寬的能帶結(jié)構(gòu) 因而還是一種重要的高溫半導(dǎo) 體材料 在實(shí)際應(yīng)用中s i c 薄膜常被用作保護(hù)涂層 光致發(fā)光 場效應(yīng)晶體管 薄膜發(fā)光二極管 咀及非晶s i 太陽能電池的窗口材料等 可見s i c 薄膜具有廣 泛的應(yīng)用前景 因而越來越受到人們的重視 隨著對s i c 薄膜的深入研究 制各 s i c 薄膜的工藝也得到了不斷的發(fā)展 使s i c 薄膜的慮用范罔不斷擴(kuò)大 性能不 斷提高 1 2s i c 薄膜的制各技術(shù) 隨著薄膜制備技術(shù)的提高 國內(nèi)外對s i c 薄膜的研究開始活躍 制各方法 多種多樣 取得了很大的進(jìn)展 目前s i c 薄膜的制備方法主要可分為化學(xué)氣相沉 積以及等離子體化學(xué)氣相沉積 物理氣相沉積等 積以及等離子體化學(xué)氣相沉積 物理氣相沉積等 7 1 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 2 1 化學(xué)氣相沉積 c v d 由c v d 法制取s i c 薄膜的反應(yīng)組分可阻多種多樣 但大致可以分為三類 a 硅化物 常常是s i l l 4 和碳?xì)?或氟 化物 如c h 4 c 2 h 4 c 3 h 8 c f 4 等 以及一些 載氣 如h 2 船等 b 含碳 硅化合物 如c h 3 s i c l 3 s i c h 3 4 和h 2 c 碳?xì)?化合物和氫氣 根據(jù)反應(yīng)條件的不同 c v d 又可分為一般c v d l p c v d 以及熱 燈絲c v d h f c v d 等同 化學(xué)氣相沉積可以用高純度的氣體反應(yīng)得到高純度的單晶體 并且生長速 度可以通過調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度和氣氛成分比例而得到控制 但是一般的c v d 沉積溫度高 多數(shù)都在9 0 01 0 0 0 4 c 甚至更高 因而帶來 了一系列問題 如易引起基體的變形和組織的變化 降低基底材料的機(jī)械性能 基 底材料與膜層材料在高溫下容易發(fā)生相互擴(kuò)散 從而在界面處形成某些脆性相 削弱了兩者的結(jié)合力 而且沉積效率也偏低 9 1 1 2 2 等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 p e c v d 等離子體化學(xué)氣相沉積法是指輝光放電形成的等離子體在化學(xué)氣相沉積中 將反應(yīng)物中的氣體分子激活成活性離子 降低反應(yīng)溫度 加速反應(yīng)物在表面的擴(kuò) 散 提高成膜速度 并且對基體及膜層表面具有濺射清洗作用 從而加強(qiáng)了薄膜與 基板間的附著力 由于反應(yīng)物中的原子 分子 離子和電子的碰撞 散射作用 使形成的薄膜厚度均勻 根據(jù)等離子體形成條件的不同 p e c v d 又可分為射頻 微波以及電子回旋共振 e c r p e c v d 等三類 這種方法主要用于沉積非晶態(tài) 一s i c 薄膜i l 它工作溫度低 形成薄膜均勻 性好 臺階覆蓋性好 具有優(yōu)良的電學(xué)性能 光學(xué)性能 因而在電子工業(yè)方面得以 廣泛地應(yīng)用 雖然如此 但p e c v d 法成膜機(jī)理十分復(fù)雜 到目前為止 對各種 p e c v d 法制s i c 薄膜的成膜機(jī)理還未達(dá)到比較一致的看法 1 l 1 2 3 物理氣相沉積 p v d 物理氣相沉積法 p v d 是利用某種物理過程 如物質(zhì)的熱蒸發(fā)或在受到粒 子轟擊時表面原子的濺射等現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)原子從原物質(zhì)到薄膜的可控制轉(zhuǎn)移的過 程 物理氣相沉積制備薄膜主要包括離子注入法 分子束外延和濺射法三類1 1 2 1 1 離子注入法 離子注入成膜是將大量離子注入基片成膜的 當(dāng)注入的氣體離子濃度達(dá)到 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 非常大 以致接近基片物質(zhì)的原子密度時 由于受到基片物質(zhì)本身固溶度的限制 將有過剩的原予析出來 這時注入離子將和基片物質(zhì)元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化合 物薄膜 另外 離子注入成膜可以在低溫下進(jìn)行 所成的膜質(zhì)量很好 同時還可 精確控制入射離子的能量大小 束流強(qiáng)度和時間等 離子注入成膜法與離子束沉 積成膜相比 其離子束的能量要大得多 約為2 0 4 0 0 k e v 其束流強(qiáng)度通常為 幾十到幾千微安 束流強(qiáng)度越大 其注入效率越高 成膜也就越快 由于在電子 學(xué)技術(shù)方面可能廣泛應(yīng)用 在基板表面高劑量離子注入形成化合物是當(dāng)今材料科 學(xué)研究者的一大課題 但是用該法制的薄膜最大的缺點(diǎn)就是膜層均勻性太差 2 分子柬外延 分子束外延 m b e 也是一種新發(fā)展起來的外延制膜方法 它是將真空蒸 發(fā)鍍膜加以改進(jìn)和提高而形成的新的薄膜技術(shù) 在超高真空環(huán)境中 通過薄膜諸 組分元素的分子束流直接噴到溫度適宜的襯底表面上i 在適合條件下就能沉積出 所需的外延層 它的突出優(yōu)點(diǎn)就是能生長極薄的單晶膜層 并且能精確地控制膜 后和組分與參雜 適合于制作微波 光電和多層結(jié)構(gòu)器件 從而為制作集成光學(xué) 合超大規(guī)模集成電路提供了有力手段 這種方法雖然沉積速率相比較離子注入而 言較高 但是所需的溫度較高 般都在7 0 0 c 以上 膜層質(zhì)量也比較差 3 濺射法 主要的濺射方法可以根據(jù)其特征分為以下四種 1 3 1 直流濺射 2 射 頻濺射 3 磁控濺射 4 反應(yīng)濺射 另外 利用各種離子束源也可以實(shí)現(xiàn)薄 膜的濺射沉積 在各種具體場合下可以將其中的方法結(jié)合起來構(gòu)成某種新的方 法 比如說將射頻濺射與磁控濺射相結(jié)合就構(gòu)成了射頻磁控濺射的方法 直流二極濺射結(jié)構(gòu)簡單 可獲得大面積膜厚均勻的薄膜 但不能濺射非導(dǎo)電 材料 且濺射參數(shù)不易獨(dú)立控制 排氣系統(tǒng)差 殘留氣體對膜層污染較嚴(yán)重 純度 較差 基底溫升高 淀積速率低 1 4 它適合于濺射沉積各類合金薄膜 但是要求合 金靶材要有較好的導(dǎo)電率 由于一定的濺射速率需要一定的工作電流 因此要用 直流濺射方法濺射較差的非金屬靶材 就需要大幅度地提高直流濺射電源的電壓 以彌補(bǔ)靶材導(dǎo)電性不足引起的電壓降 因此對于導(dǎo)電性很差的非金屬材料的濺 射 需要另謀新法 射頻濺射適合于各種金屬和非金屬材料的一種濺射沉積方法 1 5 與直流濺 4 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 射不同的是它是在兩極之間街上交流電源 當(dāng)交流電源的頻率低于5 0 k h z 時與 直流濺射沒有什么根本的區(qū)別 當(dāng)頻率高于5 0 k h z 以后放電過程就開始發(fā)生變 化 第一 等離子體中的電子獲得了足夠的能量與氣體分子發(fā)生有效的碰撞使后 者發(fā)生電離 由電極過程產(chǎn)生的二次電子對于維持放電過程的相對重要性下降 因此射頻濺射可以在1 p a 的低壓下進(jìn)行 沉積速率也比直流濺射大 第二 高頻 電場可以經(jīng)由其他阻抗形式耦合進(jìn)入沉積室 而不必再要求電極一定要是導(dǎo)體 所以可以擺脫對靶材導(dǎo)電性的限制 一般濺射法使用的高頻電源的頻率已經(jīng)屬于 射頻的范圍 5 3 0 m p a 國際上通常采用的射頻頻率多為1 3 5 6m p a l 射頻 濺射由于采用射頻電壓 取消了二極濺射靶材必須是導(dǎo)體的限制 且在射頻電壓 的正負(fù)半周均能產(chǎn)生濺射 濺射速率比二極濺射高 反應(yīng)濺射1 1 7 制備化合物薄膜時 可以考慮直接使用化合物為濺射的靶材 但是在有些情況下化合物的濺射會發(fā)生氣態(tài)或固態(tài)化合物分解的情況 這時沉積 得到的薄膜往往在化學(xué)成分上與靶材有很大的差異 解決的辦法就是調(diào)整濺射室 內(nèi)的氣體組成和壓力 在通入氬氣的同時通入相應(yīng)的活性氣體 抑制化合物的分 解傾向 但是另一個方面也可以采用純金屬作為濺射靶材 但在工作氣體中混入 適量的活性氣體 如0 2 n 2 n i t 3 c h 4 h z s 等的方法使金屬原子與活性氣體在濺射 沉積的同時生成所需的化合物 亂 這種技術(shù)就稱為反應(yīng)濺射 不僅可以制成 a 1 2 0 3 i n z 0 3 s n 0 2 等 還可以制各各類氮化物 碳化物和復(fù)合化合物等等 一般的沉積方法有兩大缺點(diǎn) 一是沉積速率低 二是工作氣壓較高 否則 電子的平均自由程太長 放電現(xiàn)象不容易維持 9 這兩個缺點(diǎn)的綜合效果就是氣 體分子對薄膜產(chǎn)生污染的可能性較高 磁控濺射通過改變電子的運(yùn)動方向 提高 電子對工作氣體的電離幾率 有效地利用了電子的能量 使正離子對靶材轟擊濺 射更有效 所以它具有低溫 高速兩大特點(diǎn) 其沉積速率在1 0 3 1 0 4 a k w m i n 20 1 比一般濺射高 個數(shù)量級 除上述幾種濺射方法以外還有中頻 脈沖濺射等等方式也以廣泛應(yīng)用于薄 制備化合物薄 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 磁控濺射法制各s i c 薄膜的研究現(xiàn)狀 1 9 5 5 年 l e l y 采用升華法生長出了s i c 晶體 2 2 1 由此奠定了s i c 的發(fā)展基礎(chǔ) 1 9 9 1 年r e e r e a c h i n c 用改進(jìn)的l e l y 法生長出商品化的6 h s i c 晶片田j 1 9 9 4 年獲 l 得4 h s i c 晶片 2 這一突破性進(jìn)展立即掀起了s i c 器件及相關(guān)技術(shù)研究的熱潮 2 0 0 0 年德國一些學(xué)者用射頻磁控濺射的方法在硅基片上制備出了s i c 保護(hù) 膜 2 卯 隨后對其硬度 殘余應(yīng)力等進(jìn)行了測試 發(fā)現(xiàn)其硬度比塊狀s i c 以及用高 溫c v d 制備的薄膜要高 并且提出通過高溫退火可以在不影響其薄膜性能的前 提下完全消除殘余應(yīng)力 同年 又分別在不銹鋼 s s 和單晶硅 s i 用磁控濺 射法制各了耐腐蝕的s i c 薄膜 2 6 進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)所制得的薄膜在結(jié)構(gòu)組成上基 本一致與基體材料無關(guān) 但硬度 膜基結(jié)合力 耐腐蝕性能等各有不同 在s i 基體上面沉積的薄膜硬度為2 9 g p a 不銹鋼上面制備的薄膜硬度接近5 g p a b 7 1 薄 膜的平均厚度為2 5 u m 用基體彎曲法測得的內(nèi)應(yīng)力范圍在1 2 p a 之間 薄膜和 基體的結(jié)合強(qiáng)度是用劃痕試驗(yàn)儀來進(jìn)行測定的 結(jié)果表明 盡管在硅基體上面制 備的s i c 薄膜在三種基體上制備的薄膜中數(shù)值是最高的 接近2 0 n 但是在光學(xué) 顯微鏡下所觀察到的薄膜脫落的情況卻是完全不同 s i c s s 薄膜脫落僅僅發(fā)生 在劃痕的周圍 而碳鋼上面的薄膜卻是在薄膜的內(nèi)部遠(yuǎn)離劃痕的地方就開始產(chǎn)生 裂紋了 而且試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)如果不經(jīng)過預(yù)濺射 所有的薄膜都無法制備出來 此外 如果不經(jīng)過冷卻就直接從濺射艙中取出樣品 薄膜幾乎都會發(fā)生大面積脫 落 這些現(xiàn)象就說明薄膜和基體的結(jié)合力并不理想 在隨后的鹽霧腐蝕實(shí)驗(yàn)和顯 微鏡觀察中發(fā)現(xiàn)在不銹鋼上面制備的薄膜微孔和微裂紋最少 因而其耐腐蝕性能 最佳 2 0 0 1 年北京工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院與日本k a n a z a w a 大學(xué)電子與計(jì) 算機(jī)工程系合作在室溫下用磁控濺射的方法通過調(diào)節(jié)基體負(fù)偏壓制備了s i c 薄 膜b 并研究了偏壓輔助效應(yīng)對立方相的b s i c 形成的影響 通過對薄膜的紅 外光譜分析認(rèn)為 偏壓狀態(tài)可以增強(qiáng)一部分放電的m 離子的動能從而對薄膜的 生長產(chǎn)生影響 2 9 1 所以 偏壓越高 活躍的離子帶來的轟擊也就越大 生長的薄 膜表面的碰撞也就越大 這樣 在沉積速率固定的前提條件下在薄膜生長過程中 就有更多的原子鍵斷裂和更多的原子擴(kuò)散發(fā)生 3 0 由于更多的s i s i 鍵和c c 鍵 被破壞為了薄膜生長作了前期準(zhǔn)備 所以它們在某一區(qū)域里首先形成s i 鍵 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 隨后在某一固定的沉積率所限定的時間內(nèi)伴隨著電壓升高逐漸生長起來 這個結(jié) 論和第一部分的成分下降一致 與此相比較 第二部分的成分也上升 即使在偏 壓為0 的情況下 也存在一個偏壓輔助的效果 這是因?yàn)榇趴貫R射的射頻電源存 在一個潛在的自偏壓作用 事實(shí)上 我們所觀察到的偏壓輔助的影響效果和 離 子束誘發(fā)結(jié)晶效應(yīng) i b i c 口i 在離子束結(jié)合過程中的影響有不同之處 前者屬 于電離a r 離子動能的直接轉(zhuǎn)換 后者則是因?yàn)樽⑷腚x子的能量損失所引起的間 接轉(zhuǎn)化為熱能 最終 這兩種效應(yīng)都對b s i c 相的生成顯示出低溫特性 2 0 0 2 年c a m a r g 等用射頻磁控濺射的方法制備了s i c 薄膜口2 l 靶材選用燒 結(jié)s i c 基體用的是硅晶片 1 0 0 并且保持恒溫7 0 0 k 射頻功率為3 0 0 w 氬氣 壓強(qiáng)從o 0 1 變化到4 p a 用原子力顯微鏡的接觸模式來研究表面的結(jié)構(gòu)和粗糙程 度 用側(cè)向力顯微鏡來估測在不同的實(shí)驗(yàn)條件下沉積薄膜的摩擦系數(shù) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明在氬氣壓強(qiáng)很低的情況下制備的薄膜表面呈現(xiàn)鋸齒狀 當(dāng)濺射室里的氣壓上 升的時候薄膜表面的鋸齒狀起伏密度會降低 當(dāng)氣壓接近o 2 5 p a 的時候表面非 常光滑且?guī)缀鯖]有任何疵點(diǎn)p 但是氣壓繼續(xù)上升的話 粗糙程度就會顯著地增 加 而且薄膜在低氬氣壓強(qiáng)下的結(jié)構(gòu)光滑緊湊 當(dāng)氬氣壓強(qiáng)為4 p a 時薄膜的結(jié)構(gòu) 為顆粒狀且內(nèi)應(yīng)力很大 此外 通過測向力顯微鏡對不同條件下面的薄膜檢測還 發(fā)現(xiàn)摩擦系數(shù)會隨著氬氣壓強(qiáng)的升高而變大 作者認(rèn)為這可能和薄膜的化學(xué)組成 發(fā)生了改變有關(guān)系 2 0 0 3 年巴西學(xué)者c o s t a 等人在w c 基體上用射頻濺射方法制備出了s i c 薄 膜 3 4 j 然后進(jìn)行了摩擦試驗(yàn)和硬度測試 結(jié)果表明與未鍍膜的w c 相比 所制 得的薄膜各項(xiàng)機(jī)械性能均得到了很大的提高 硬度是未鍍膜的w c 的兩倍 達(dá)到 3 0 6 1 9 g p a 并且預(yù)言進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)其硬度值能超過4 0 g p a 磨損率 則是鍍膜前的二分之一 作者認(rèn)為硬度的提高能直接導(dǎo)致薄膜磨損率的下降 當(dāng) 然也可能導(dǎo)致薄膜的摩擦力的減小 3 通過與p e c v d 方法所制備的薄膜進(jìn)行比 較可以發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)的石墨薄膜磨損率比磁控濺射所制備的薄膜磨損率低了將近 一個數(shù)量級 這個現(xiàn)象可以這樣解釋 在薄膜摩擦磨損的過程中 存在一個磨損 誘發(fā)的石墨化機(jī)制 從而產(chǎn)生了一個過渡層進(jìn)一步降低了磨損率 3 6 l 在隨后的退 火過程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高溫退火后的薄膜內(nèi)應(yīng)力可以減d n0 而硬度則幾乎未受任 何影響 當(dāng)退火溫度達(dá)到5 0 0 的時候未鍍膜的w c 就會因?yàn)檠趸鴮?dǎo)致硬度 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 耐磨性能的下降 但是s i c 薄膜在7 0 0 0 以下機(jī)械性能不會下降 3 7 當(dāng)溫度達(dá) 到7 0 0 的時候s i c 薄膜的硬度是常溫下數(shù)值的9 3 f 而此時t i n 已經(jīng)降到只有 1 9 磨損率相應(yīng)有微小的升高 當(dāng)溫度升到8 0 0 c 以上時薄膜會從基體上脫落 但是掉落的薄膜就算到1 0 0 0 o 其機(jī)械性能還是幾乎不受任何影響的 所以作者 認(rèn)為用這種方法制備高溫高速的切屑刀具保護(hù)膜是很有發(fā)展前途的 2 0 0 4 年蘭州大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院的林洪峰等人利用射頻濺射法在s i 襯 底上制備了s i c 薄膜 3 8 并利用x 射線衍射 x r d 和紅外 i r 吸收譜對薄膜的 結(jié)構(gòu) 成分及化學(xué)鍵合狀態(tài)進(jìn)行了分析 x r d 結(jié)果表明 低溫制備的s i c 薄膜為 非晶態(tài) 在8 0 0 條件下制備的薄膜是結(jié)晶狀態(tài)良好的4 h s i c 多晶薄膜 而對于 低溫下沉積的樣品 即襯底溫度為室溫 4 0 0 c 和6 0 0 時 其x r d 譜沒有明顯的 衍射峰 說明在較低的襯底溫度下薄膜的主要成分為非晶形態(tài) 襯底溫度為1 0 0 0 時制備的薄膜主要成分為3 c s i c 而且此時樣品的結(jié)晶取向性很好 x r d 結(jié)果 表明 襯底溫度的不同對s i c 薄膜的結(jié)晶狀況產(chǎn)生很大的影響 在較低溫度下 低 于8 0 0 c 沉積得到非晶薄膜 3 9 隨著襯底溫度的升高 沉積在襯底上的粒子有一 定的生長弛豫時間 并逐漸形成晶核 隨襯底溫度和生長速率的不同可以得到不 同結(jié)構(gòu)類型的s i c 結(jié)晶相 4 0 1 實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)不同的襯底溫度下沉積得到的是不同結(jié) 晶類型的s i c 結(jié)構(gòu) 室溫下和4 0 0 時制備的s i c 樣品 表面形貌呈現(xiàn)典型的非 晶結(jié)構(gòu) 表面起伏不平 形狀不一 薄膜表面結(jié)構(gòu)不致密 在襯底溫度8 0 0 條件 下制備的樣品 其表面呈現(xiàn)明顯的結(jié)晶相 樣品表面由0 5 u m 左右的塊狀結(jié)晶物 組成 這些結(jié)晶相結(jié)構(gòu)緊密 晶粒之間的空隙較少 樣品表面的平整度也較好 表 面最大起伏約2 0 0 n m 左右 1 0 0 0 c 條件下制各的樣品 其表面由大小約1 5 u m 左 右的餅狀結(jié)晶物構(gòu)成 對比這些不同溫度下生長的樣品表面形貌 可以看出 隨著 襯底溫度的增加 薄膜沉積逐漸由非晶相 多晶相向定向良好的單晶相過渡 這 些結(jié)果和x r d 譜圖提供的信息相符 可見 要外延生長出較好的s i c 單晶薄膜 較高的襯底溫度是個必不可少的條件 1 4 本課題的目的和主要內(nèi)容 1 4 1 本課題的目的和意義 在生產(chǎn)實(shí)踐中 磨損可以說是無處不在 無論在機(jī)械領(lǐng)域還是在其它領(lǐng)域 我們都可以看到磨損的存在 尤其在高溫下 工件的磨損更加的嚴(yán)重 這樣一來 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 工件的使用壽命就會變短 進(jìn)而會導(dǎo)致機(jī)器的損壞 直接影響到生產(chǎn)順利進(jìn)行 目前 國內(nèi)外研究碳化硅薄膜材料主要方向?yàn)楣杌系墓怆妼W(xué)薄膜 國內(nèi)基本都 集中在非金屬基體方面 而金屬基體上制備s i c 薄膜研究的很少 因此這方面的 研究是很有必要的 也有一定的經(jīng)濟(jì)價值 由于磁控濺射法制備薄膜材料具有高沉積速率 成膜質(zhì)量好等特點(diǎn) 尤其是 成膜溫度低 不影響基材的性能 所以很適用于金屬表面改性 本課題研究重點(diǎn) 就是在結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼表面 用磁控濺射的方法制備出優(yōu)良的機(jī)械和摩擦學(xué)性能 的s i c 薄膜 目的是進(jìn)一步擴(kuò)大結(jié)構(gòu)鋼 工具鋼在機(jī)械領(lǐng)域里的應(yīng)用以及提高工 件的使用壽命 1 4 2 本課題研究的主要內(nèi)容 1 研究預(yù)處理工藝對s i c 薄膜材料制備的影響 2 研究濺射功率 真空度 基片溫度 偏壓等工藝參數(shù)對薄膜性能的影 響 3 優(yōu)化工藝參數(shù) 研究s i c 薄膜磨損行為 9 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章實(shí)驗(yàn)方法 2 1 實(shí)驗(yàn)裝置 本實(shí)驗(yàn)采用的主要實(shí)驗(yàn)裝置為多功能磁控濺射儀 2 1 1 磁控濺射儀 實(shí)驗(yàn)采用的設(shè)備為j g p 5 6 0 c v i 型超真空多功能磁控濺射儀 可以采用直流 和射頻兩種濺射方式 通常情況下直流方式比較合適導(dǎo)電性能比較好的純金屬或 者合金材料 射頻則適合于無機(jī)非金屬材料等導(dǎo)電性能差的材料 磁控濺射是在原來的濺射方法的基礎(chǔ)上 在靶材和基體的周圍加上一個電 磁場 使得濺射出的粒子在磁力的作用下快速的沉積到基體表面 1 其電磁場有 兩個特點(diǎn)即靶子周圍電場與磁場正交 磁場方向與陰極表面平行 其原理如圖 2 1 所示 圖2 1 磁控濺射不總圖 f i g 2 1d i a g r a m m a t i cs k e t c ho f m a g n e t r o ns p u t t e r i n g 磁控濺射是7 0 年代迅速發(fā)展起來的一種 高速低溫濺射技術(shù) 磁控濺射 是在被濺射的靶極 陽極 與陰極之間加一個正交磁場和電場 同時在高真空室中 充入所需要的惰性氣體 通常為a t 2 氣 永久磁鐵在源材料表面形成2 5 0 3 5 0 高 斯的磁場 和高壓電場組成正交電磁場 在電場的作用下 舡2 氣電離成正離子 靶上加有一定的負(fù)高壓 從靶極發(fā)出的電子 受磁場的作用與工作氣體的電離幾 率增大 在陰極附近形成高密度的等離子體 當(dāng)濺射產(chǎn)生的二次電子在陰極位區(qū) 內(nèi)被加速為高能電子后 并不直接飛向陽極 而是在正交電磁場作用下作來回震 蕩的近似擺線的運(yùn)動 在運(yùn)動中高能電子不斷與氣體分子發(fā)生碰撞并向后者轉(zhuǎn)移 能量 使之電離而本身變成低能電子 這些低能電子最終沿磁力線漂移到陰極附 近的輔助陽極而被吸收 從而避免了高能電子對基板的強(qiáng)烈轟擊 消除了二極濺 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 射中基板被轟擊加熱和被電子輔照引起損傷的根源 體現(xiàn)了磁控濺射中基板 低 溫 得特點(diǎn) 同時由于外加磁場的存在 實(shí)現(xiàn)了高速濺射 通常 影響磁控濺射 成膜質(zhì)量的工藝參數(shù)很多如 靶基距離 基片溫度 濺射功率和濺射時間 真空 度大小以及氬氣壓強(qiáng)等等 各個工藝參數(shù)對薄膜沉積的速度和質(zhì)量影響并不是一 成不變的 要根據(jù)實(shí)際所要制備薄膜的要求和實(shí)驗(yàn)條件來確定 4 2 1 2 2 分析與檢測手段 本實(shí)驗(yàn)主要的檢測儀器有x 射線衍射儀 傅立葉紅外光譜分析儀 臺階儀 電子探針顯微分析儀 摩擦磨損試驗(yàn)儀和劃痕試驗(yàn)儀等等 2 2 1 電子探針顯微分析儀 本實(shí)驗(yàn)使用的是j x a 8 4 0 a 電子探針顯微分析儀 它是在電子光學(xué)和x 射 線光譜學(xué)原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效率分析儀器 它主要由電子探針 能 量分散譜儀三個部分組成 電子探針的作用是進(jìn)行微區(qū)成分分析 掃描電鏡主要 用來觀察微區(qū)形貌 能譜儀利用不同元素x 射線光子特征能量不同這一特點(diǎn)來 進(jìn)行成分分析 4 3 1 因此 它可以滿足微區(qū)組織形貌 晶體結(jié)構(gòu)及化學(xué)成分三位一 體同位分析的需要 2 2 2x 射線衍射儀 本實(shí)驗(yàn)使用x 射線衍射儀來檢測s i c 薄膜的物相結(jié)構(gòu) 儀器的型號為d m a x 2 5 0 0 v b 3 p c 它是利用x 射線在晶體中的衍射現(xiàn)象來分析材料的晶體結(jié)構(gòu) 晶格參數(shù) 晶體缺陷 位錯等 以及不同結(jié)構(gòu)相的含量和內(nèi)應(yīng)力 這種方法是 建立在一定晶體結(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上的間接方法 即根據(jù)與晶體樣品產(chǎn)生衍射后的x 射線信號的特征去分析計(jì)算出樣品的晶體結(jié)構(gòu)與晶格參數(shù) 可以達(dá)到很高的精 度 2 2 3 紅外分析儀 實(shí)驗(yàn)中使用蘇州大學(xué)的h q g 7 1 a 傅立葉紅外光譜分析儀來分析s i c 薄膜中 各種成分的鍵合狀態(tài) 紅外光譜儀是根據(jù)物質(zhì)中不同分子基團(tuán)振動吸收頻率 1 的差異所造成的紅外吸收強(qiáng)度的高低來分析物質(zhì)分子的鍵合狀態(tài)的 傅里葉紅外 光譜的靈敏度 分辨率 以及能量利用率和精度等各項(xiàng)指標(biāo)全面優(yōu)于傳統(tǒng)的紅外 光譜儀 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 4 臺階儀 s i c 薄膜的厚度是用南京大學(xué)的型號為v e e c o d ek o k 2 d t 的臺階儀來定量地 測定的 它是用等厚干涉條紋或等色干涉條紋的方法來檢測薄膜上臺階的高度 從而得出薄膜的厚度 4 6 1 2 2 5 劃痕試驗(yàn)儀 傳統(tǒng)的結(jié)合力測試方法只能作定性比較 本實(shí)驗(yàn)采用蘭州大學(xué)的w s 2 0 0 0 型劃痕試驗(yàn)儀可以進(jìn)行定量分析 如圖2 3 所示 它由兩大部分組成 一是工作 臺 可以根據(jù)不同的需要 改變參數(shù)對試樣進(jìn)行劃痕試驗(yàn) 二是主機(jī)部分 主要 負(fù)責(zé)分析處理通過工作臺上的傳感器搜集到的信息 并輸出結(jié)果 劃痕試驗(yàn)儀的工作方式有聲發(fā)射和摩擦力兩種 這兩種工作方式的原理大 致相同 只是采集的信號分別為聲發(fā)射信號和摩擦力信號 一般說來 聲發(fā)射信 號穩(wěn)定但抗干擾能力差而摩擦力信號抗干擾能力強(qiáng)但是曲線變化不明顯 所以最 好把這兩種方式結(jié)合起來 其簡單的工作原理如下 用1 2 0 的錐形金剛石壓頭 在薄膜表面緩慢劃動 并連續(xù)不斷地增加載荷 當(dāng)載荷增加到一定數(shù)值時 薄膜 開始破裂 此時傳感器會同時收到破裂時的聲發(fā)射信號和摩擦力變化數(shù)據(jù) 傳到 主機(jī)進(jìn)行處理 這時的載荷即為臨界載荷 用l c 表示 一般認(rèn)為l c 含有結(jié)合力 的成分 但不一定能完全代表結(jié)合力的大小 通常用下列公式來進(jìn)行運(yùn)算 tc k h v r 2 一a 2 a l c n h v 1 彪 2 1 式中 tc 一膜結(jié)合力 m p a l c 一臨界載荷n h v 一基體硬度 m p a r 戈i j 針半寬 m m a 一劃痕半寬 m m k 修正系數(shù) o 2 1 0 圖2 3 劃痕試驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖 f i g 2 3d i a g r a m m a t i cs k e t c ho f t h en i c kt e s t 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 2 2 6 摩擦磨損試驗(yàn)儀 m s t 3 0 0 0 材料表面性能測試儀是針對材料表面及薄膜的摩擦性能和耐磨 強(qiáng)度進(jìn)行定量的評價 i 甲 蜘甲 毫 產(chǎn) 圖2 4 摩擦磨損試驗(yàn)儀結(jié)構(gòu)示意圖 f i g 2 4d i a g r a m m a t i cs k e t c ho f 丹i c f i o na n dw e a rt e s t 如圖2 4 中所示 整個儀器可以分為主機(jī)和控制系統(tǒng)兩大部分 其中主機(jī)部 分包括電機(jī) 摩擦力傳感器等部件 專門負(fù)責(zé)試樣的磨損以及相關(guān)數(shù)據(jù)的采集 而控制系統(tǒng)則負(fù)責(zé)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 并輸出結(jié)果 它的工作原理 將試 樣固定在測試平臺上 然后通過砝碼加載機(jī)構(gòu)將負(fù)荷加至栓 珠 上 作用于試 樣表面 并以一定的速度旋轉(zhuǎn) 使栓 珠 摩擦薄膜表面 通過傳感器獲取摩擦 時的摩擦力信號 經(jīng)放大處理 輸入計(jì)算機(jī)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換將摩擦力信號通過運(yùn)算得 到摩擦系數(shù)曲線 摩擦系數(shù)的求解公式如下 i j f n 2 2 式中 u 一摩擦系數(shù) f 摩擦力 n 一正壓力 載荷 通過摩擦系數(shù)曲線的變化得到材料或薄膜的摩擦性能和耐磨強(qiáng)度 即在特 定載荷下 經(jīng)過多長時間 或多長距離 摩擦系數(shù)會發(fā)生變化 此時薄膜被磨損 并通過稱重法得到材料表面磨損量 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 第三章s i c 薄膜的制備 3 1 基片的制取 基片的制備可以分為以下幾個步驟 1 首先選取直徑為中1 6 的4 0 c r 棒料和直徑為中1 8 的t i o 棒料作為基體 原材料 之所以選擇4 0 c r 和t 1 0 是因?yàn)樗鼈兌际浅Ｓ娩摬?廣泛使用在機(jī)械 領(lǐng)域 具有代表性 基體組織為正火態(tài)組織 如圖3 1 所示 a 4 0 c r 的組織4 0 0 鈾 t i o 的組織4 0 0 圖3 1 基體顯微組織 f i g 3 1m a t r i x e sm i e r o s t r u c t u r e 2 從棒材上用d k 7 7 4 0 電火花數(shù)據(jù)線切割機(jī)割下厚度接近于2 m m 的薄片 然后 為了鑲嵌觀察薄膜側(cè)向膜厚形貌 加工成圖3 1 所示形狀 i ji 圖3 2 基片的形狀 f i g 3 2f o r mo f t h es u b s t r a t e 3 對基片表面進(jìn)行預(yù)處理 粗磨一細(xì)磨一機(jī)械拋光一超聲波清洗一烘干 然后將處理好的試樣放入干燥皿中 3 2 中間層的選擇 鋼和s i c 的熱膨脹系數(shù) 晶格配比相差很大 就必然會造成直接在鋼基上施 鍍的薄膜和基體結(jié)合力太差 而結(jié)合力對于薄膜的性能來說又有很大影響 所以 有必要在基片和s i c 薄膜層之間加入一層中間過渡層 其目的就是為了增加膜基 結(jié)合力 4 江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 0 c r 的熱膨脹系數(shù)為1 2 1 0 6 k 1 s i c 的熱膨脹系數(shù) 2 0 8 0 c 為4 9 1 x 1 0 西k 純鎳的熱膨脹系數(shù)為1 3 3 1 0 4 k 1 鎳磷合金的熱膨脹系數(shù) 0 1 5 0 隨著磷含量的升高而增加 含磷8 2 的鎳磷鍍層膨脹系數(shù)接近于9 1 0 6 k 顯然 鎳磷鍍層的熱膨脹系數(shù)處于基體和薄膜兩者之間 可以起到一個過渡作用 況且鎳磷鍍層本身也具有很優(yōu)良的耐磨性能 因此選用鎳磷合金作為中間過渡 層 為了驗(yàn)證中間層對結(jié)合力的作用 對一部分基片鍍上鎳磷合金后再濺射薄 膜 其余直接濺射 以作比較 兩種鍍層結(jié)構(gòu)示意如下 圖3 3 百二e 薹 圖3 3 兩種鍍層的模型 f i g 3 3m o d e lo f t w od i f f e r e n tf i l m s 3 3 中間層的制各 具體的鎳磷合金鍍步驟如下 除油一冷水沖洗一熱水沖洗一除銹一冷水沖 洗一熱水沖洗一鎳磷鍍一沖洗吹干 1 除油 除油的目的就是除去殘留在基片表面的油漬等 由于材料比較普通 所以 采比較簡單的化學(xué)除油配方 具體配方如下 n a o h