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作者：谢静中南大学

学位级别：硕士

tisin/AlCrN硬质涂层在切削加工领域得到广泛应用,其表面暴露在高温环境中会发生严重的氧化失效,且多层涂层的性能提升与界面紧密相关。但仅通过实验研究无法观察界面形成、变形及动态氧化过程,而计算模拟能为实验提供微观原子尺度的理... 详细信息

tisin/AlCrN硬质涂层在切削加工领域得到广泛应用,其表面暴露在高温环境中会发生严重的氧化失效,且多层涂层的性能提升与界面紧密相关。但仅通过实验研究无法观察界面形成、变形及动态氧化过程,而计算模拟能为实验提供微观原子尺度的理论依据补充,加深对实验现象的认识。本论文首先通过结合第一性原理分子动力学模拟与多种表征实验,总结得到了不同温度下单层tisin和AlCrN的氧化机理。然后研究了不同纯界面、Si/Cr单掺杂与双掺杂界面的界面性质,结合高温和拉伸条件下模拟,探究了掺杂原子对界面结合强度的影响。综合计算与实验研究得到了以下结论:(1)利用合理的计算模型、模拟结果,并结合实验数据,获得了tisin的氧化机理。tisin涂层在923 K下的模拟显示与O原子键合的两种原子的位移高度相近,而在1223 K下成键Ti原子位移高度显著更高。实验结果亦表明在1223 K下完全氧化后形成分层氧化层。综上,tisin涂层在低温下仅形成单层混合氧化层,高温下形成顶层富Ti的双层氧化层。(2)对于AlCrN体系,综合考虑磁性的模拟与实验得出氧化过程主要由Al-O和Cr-O键形成的竞争机制控制。随模拟温度从973 K升至1223 K,成键金属原子的位移高度差从成键Al原子更高,转为成键Cr原子更高或位移高度相同。该计算结果与1223 K下氧化实验的单层(Al,Cr)-O氧化层结构一致。即低温下氧化,会形成AlO表层;高温下,更易形成单层混合氧化层或顶层富Cr的双层氧化层。(3)对Ti(Si)N/Al(Cr)N体系的界面性质进行了系统研究。对比不同界面模型的界面分离功和界面能等得出双掺杂界面最稳定,并证明了Si原子和Cr原子均能增强界面结合强度。结合高温和拉伸模拟与电子结构分析,进一步说明掺杂原子能通过形成更强的化学键,起到桥梁作用,有效减少界面处成键断裂。图48幅,表3个,参考文献143篇

关键词：硬质涂层 tisin AlCrN 氧化行为界面性质第一性原理计算

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tisin纳米复合硬质涂层的制备与物性研究

TiSiN纳米复合硬质涂层的制备与物性研究

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作者：王振玉宁波大学

学位级别：硕士

TiN涂层具有良好的耐磨损和耐腐蚀性能，是目前广泛使用的刀具涂层之一。然而TiN涂层硬度低、抗高温氧化性能差，在TiN涂层中掺入Si形成tisin纳米复合结构涂层可以显著改善TiN涂层的性能。但传统溅射方法制备的tisin涂层结构疏松、结合... 详细信息

TiN涂层具有良好的耐磨损和耐腐蚀性能，是目前广泛使用的刀具涂层之一。然而TiN涂层硬度低、抗高温氧化性能差，在TiN涂层中掺入Si形成tisin纳米复合结构涂层可以显著改善TiN涂层的性能。但传统溅射方法制备的tisin涂层结构疏松、结合力差，并且沉积温度高，限制了其进一步广泛应用。近年来兴起的高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术具有离化率高、离子能量高的特点，对沉积涂层的轰击作用强，有助于纳米复合结构的形成，对提高涂层性能、降低沉积温度及大面积均匀沉积具有优势。本论文首先采用新型HIPIMS技术沉积TiN涂层为出发点，优化偏压参数;在此基础上，通过基架自转与固定的调节方式，研究了持续离子轰击对涂层的影响;其次，采用HIPIMS和DCMS两种技术沉积tisin涂层，对涂层的结构和性能做了系统对比;最后，我们系统研究了用HIPIMS制备tisin涂层的过程中，不同N2流量对等离子特性、涂层成分、结构与力学性能的影响。相关研究结果为HIPIMS技术制备纳米复合涂层的研究及工程化应用提供理论基础和技术指导。研究结果表明，偏压对HIPIMS溅射制备TiN涂层结构和性能的影响显著。增大偏压，TiN涂层的沉积速率逐渐降低，涂层逐渐致密，表面粗糙度先减小后增加，在偏压为-300V时表面最为光滑（Ra:10.1nm）;择优取向由(111)晶向逐渐转变为(200)晶向;硬度和弹性模量先增大后减小，与结合力变化趋势相一致，在偏压为-300V时达到最高（17.4GPa和263.8GPa，结合力为59N）。其次，研究表明在持续离子轰击作用下能够获得性能优异的TiN涂层，持续离子轰击作用可以使涂层的致密性增加，粗糙度降低，结晶性增强，显著提高涂层的力学性能，同时其耐腐蚀性也有一定程度的改善。 HIPIMS技术在沉积tisin纳米复合涂层方面有显著优势。与DCMS技术相比，HIPIMS技术沉积的tisin涂层具有更光滑的表面，更小的晶粒尺寸，更致密的结构，更低的压应力和更高的硬度，更好的耐腐蚀性，并且其结合力和摩擦学性能明显优于DCMS沉积的tisin涂层。采用HIPIMS技术，在温度为300℃，不同N2流量下制备的tisin涂层均具有非晶Si3N4包裹纳米晶TiN复合结构，表面光滑，但涂层成分变化幅度较小。不同N2流量下，tisin涂层均呈(200)和(220)混合取向，随N2流量的增加，择优取向由(200)转变为(220)，TiN晶粒尺寸逐渐增大，自由形式的Si完全氮化为非晶Si3N4，tisin涂层的硬度和弹性模量随着N2流量的增加逐渐降低。当N2流量为10sccm时，涂层的硬度和弹性模量最高(35.25GPa和329.03GPa)。

关键词：高功率脉冲磁控溅射 tisin 纳米复合结构力学性能

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HIPIMS技术沉积tisin纳米复合涂层探究

HIPIMS技术沉积TiSiN纳米复合涂层探究

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第十届全国表面工程大会暨第六届全国青年表面工程论坛

作者：王振玉柯培玲汪爱英中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室、浙江省海洋材料与防护技术重点实验室、中国科学院宁波材料技术与工程研究所

高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术具有离化率高、离子能量高的特点,对沉积涂层的轰击作用强,有助于纳米复合结构的形成,对提高涂层性能、降低沉积温度及大面积均匀沉积具有优势。本文采用HIPIMS技术制备tisin纳米复合涂层,首先系统探究了... 详细信息

高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)技术具有离化率高、离子能量高的特点,对沉积涂层的轰击作用强,有助于纳米复合结构的形成,对提高涂层性能、降低沉积温度及大面积均匀沉积具有优势。本文采用HIPIMS技术制备tisin纳米复合涂层,首先系统探究了HIPIMS沉积在沉积tisin纳米复合涂层方面的优势。研究发现,与DCMS技术相比,HIPIMS技术沉积的tisin涂层具有更光滑的表面,更小的晶粒尺寸,更致密的结构,更低的压应力和更高的硬度,更好的耐腐蚀性,并且其结合力和摩擦学性能明显优于DCMS沉积的tisin涂层。其次研究了N2流量对HIPIMS技术对沉积tisin纳米复合涂层结构和性能的影响规律,研究结果表明,不同N2流量下制备的tisin涂层均具有非晶Si3N4包裹纳米晶TiN复合结构,表面光滑,但涂层成分变化幅度较小。不同N2流量下,tisin涂层均呈(200)和(220)混合取向,随N2流量的增加,择优取向由(200)转变为(220),TiN晶粒尺寸逐渐增大,自由形式的Si完全氮化为非晶Si3N4,tisin涂层的硬度和弹性模量随着N2流量的增加逐渐降低。当N2流量为10sccm时,涂层的硬度和弹性模量最高(35.25GPa和329.03GPa)。

关键词：高功率脉冲磁控溅射 tisin 纳米复合结构

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纯Ti镀制tisin薄膜后与Solidex结合强度的研究

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特种铸造及有色合金 2008年第1期28卷 18-20页

作者：尹路王戈张琳琳梁海峰郭天文第四军医大学口腔医学院太原鑫泽医院西安工业大学薄膜技术与光学检测重点实验室

在纯Ti表面磁控溅射镀制不同Si含量的tisin膜后,比较与Solidex的结合强度并对界面进行分析。试验采用3组纯Ti试件,一组表面不作处理,另两组应用磁控溅射设备镀制不同Si含量的tisin膜后烤塑,采用AGS万能材料试验机测试纯Ti与Solidex的结... 详细信息

在纯Ti表面磁控溅射镀制不同Si含量的tisin膜后,比较与Solidex的结合强度并对界面进行分析。试验采用3组纯Ti试件,一组表面不作处理,另两组应用磁控溅射设备镀制不同Si含量的tisin膜后烤塑,采用AGS万能材料试验机测试纯Ti与Solidex的结合强度,并应用电子探针显微分析仪观察分析镀膜层-树脂界面。经方差分析显示,镀膜组结合强度优于未镀膜组,镀膜组中提高Si含量增加了结合强度,镀膜组中形成致密非晶态TiN、SiNx,它填补了金属基底与Solidex烤塑专用树脂可能存在的空隙,有助于阻止金属离子渗出。

关键词：纯Ti 磁控溅射镀膜 tisin 光固化冠桥树脂结合强度

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CHEMICAL VAPOR DEPOSITION OF DIFFUSION BARRIERS FOR ADVANCED METALLIZATION

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化工学报 2000年第S1期51卷 5-9页

作者： Lu Jiong-Ping (Silicon Technology Research, Texas Instruments, Dallas, USA)

Metalization is widely used in integrated circuit devices to connect millions of devices together. The success of metallization depends strongly on diffusion barrier technology, due to the interactions of metals with surrounding materials. As device dimension further shrinks, diffusion barrier technology is facing more challenges and opening up new opportunities, particularly for chemical vapor deposition (CVD) process technology. CVD is attracting increased attention in advanced metallization mainly due to its capability in producing conformal thin films. In this review, we will focus our discussion on CVD processes for three most important classes of diffusion barriers: Ti, W and Ta-based diffusion banters. Examples from current literature will be examined.

关键词： chemical vapor deposition diffusion bather TiN tisin WN TaN metallization integrated circuits

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纳米复合超硬薄膜中与界面有关的弛豫现象

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物理学进展 2006年第3期26卷 309-313页

作者：方前锋刘庆李朝升李世直 Veprek S. 中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室青岛科技大学 Department of Chemistry Technical University MunichD-85747Germany

利用内耗技术研究了tisin系列纳米复合超硬薄膜的结构弛豫和硬化机理。当共振频率大约在100Hz时在230～280℃范围内观察到一个弛豫型的内耗峰。计算出激活能为0．7～1．0eV，弛豫时间指数前因子为10^-10～10^-12秒。对比一系列样品。发... 详细信息

利用内耗技术研究了tisin系列纳米复合超硬薄膜的结构弛豫和硬化机理。当共振频率大约在100Hz时在230～280℃范围内观察到一个弛豫型的内耗峰。计算出激活能为0．7～1．0eV，弛豫时间指数前因子为10^-10～10^-12秒。对比一系列样品。发现硬度越高内耗峰越低，在硬度高于50GPa的薄膜中没有内耗峰。内耗峰随退火温度升高而不断降低，直至600～750℃退火时消失，并且杨氏模量开始增加，这跟样品退火后硬度增长是一致的。结果表明内耗峰来源于样品中界面的弛豫过程。

关键词：超硬薄膜 tisin 内耗界面

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纳米复合超硬薄膜中与界面有关的弛豫现象

纳米复合超硬薄膜中与界面有关的弛豫现象

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第八届全国内耗与力学谱会议

作者：方前锋刘庆李朝升李世直 Veprek S．中国科学院固体物理研究所材料物理重点实验室青岛科技大学 Institute for Chemistry of Inorganic Materials Technical University Munich D-85747Germany

利用内耗技术研究了 tisin 系列纳米复合超硬薄膜的结构弛豫和硬化机理。当共振频率大约在100 Hz 时在230～280℃范围内观察到一个弛豫型的内耗峰。计算出激活能为0．7～ 1．0eV,弛豫时间指数前因子为10～10秒。对比一系列样品,发现硬... 详细信息

利用内耗技术研究了 tisin 系列纳米复合超硬薄膜的结构弛豫和硬化机理。当共振频率大约在100 Hz 时在230～280℃范围内观察到一个弛豫型的内耗峰。计算出激活能为0．7～ 1．0eV,弛豫时间指数前因子为10～10秒。对比一系列样品,发现硬度越高内耗峰越低,在硬度高于50 GPa 的薄膜中没有内耗峰。内耗峰随退火温度升高而不断降低,直至600～750℃退火时消失,并且杨氏模量开始增加,这跟样品退火后硬度增长是一致的。结果表明内耗峰来源于样品中界面的弛豫过程。

关键词：超硬薄膜 tisin 内耗界面

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