真空镀膜技术之溅射大气的压力对碳化钒薄膜微结构与力学性能的影响
认为合适而使用碳化钒靶的电磁控制溅射办法在不一样的Ar 大气的压力下制备了一系列碳化钒薄膜, 利用能+羭縷剖析光谱仪, X 射线衍射,电子扫描电细目镜, 原子力目镜和微力学探针研讨了大气的压力对薄膜成分、相组成、微结构以及力学性能的影响。最后结果表明电磁控制溅射VC 瓷陶靶可以便捷地制备结晶体态的单相碳化钒薄膜, 况且溅射大气的压力对薄膜的化学成分、相组成、微结构以及相应的力学性有较大的影响。在溅射大气的压力为2.4~ 3.2 Pa 的范围内, 可取得形成晶体程度好和硬度与弹性模量较高的碳化钒薄膜, 其无上硬度和弹性模量作别为28, 269 GPa。低的溅射大气的压力( 0.32~ 0.9 Pa) 下, 所得薄膜形成晶体较差且硬度较低; 过高的溅射大气的压力( > 4.0 Pa) ,薄膜的溅射效率减低, 形成晶体变差, 其硬度和弹性模量亦随之减低。真空泵低大气的压力下薄膜碳含量较高和高大气的压力下溅射原子能+羭縷减低有可能是薄膜形成晶体程度减低的主要端由。
瓷陶硬质涂层作为外表改性材料在现代工业中获得广泛应用。在刃具涂层上, TiN 薄膜获得了很大成功, 有力量地推动了制作业半自动化、规模化的进展。继TiN 往后, 过渡族金属氮化物, 如CrN,ZrN,TiAlN 等性能更为特别好并各具独特的风格的涂层又一个跟着一个推出, 为满意不一样加工形式和加工条件下刃具对涂层的特别要求供给了挑选的空间 。与氮化物相形, 碳化合物一样具备很多特别好的综合性能并且硬度更高, 不过, 过渡族金属碳化合物的相组成普通都较其氮化物复杂, 制备技术也相对艰难, 限止了这类有非常大潜在力量涂层材料的进展。故而在工具涂层中, 只有TiC 和TiCN 薄膜获得较多的研讨和应用。
碳化钒是硬度无上的过渡金属碳化合物之一, 作为工具涂层还具备低磨擦系数, 低热传导率和高耐蚀性等特别好性能, 况且运用中还可因外表形成V2O5 的自润滑油效用显著减低刃具的磨削阻力。反响溅射是碳化钒薄膜最为常见的制备办法, Aouni, 李广泽等作别认为合适而使用金属V 靶及CH4 和金属V 靶及C2H2 反响溅射制备了不一样碳含量的碳化钒薄膜, 发觉反响气体分压对碳化钒薄膜相组成及微结构影响非常大, 随着反响分压的升高, 可因碳含量的不一样取得V, V2C,V8C7, VC 及VC 与C 多种单相或多相并存的一系列碳化钒薄膜。不过以上研讨皆运用含氢的碳化合物气体( 如CH4, C2H2) 作为反响气体, 不过氢的存在会对薄膜萌生很多不顺利的影响 。额外Balden等运用青灰靶和金属V 靶反响溅射制备并研讨了碳化钒薄膜, 但因为碳化钒薄膜具备很多复杂相结构, 利用反响溅射技术很难扼制薄膜的相组成而取得单相的VC 薄膜。
认为合适而使用碳化钒瓷陶靶溅射可以防止反响溅射中氢所带来的好些个不顺利影响, 况且可以很便捷地扼制薄膜成分和相组成, 因此获得单相的碳化钒薄膜。但到现在利用瓷陶靶溅射制备碳化钒薄膜, 以及工艺参变量的变更对薄膜微结构和性能的影响尚无几见。
本文认为合适而使用碳化钒靶的电磁控制溅射技术在不一样工艺参变量下制备了一系列碳化钒薄膜, 研讨了溅射大气的压力对碳化钒薄膜成分、相组成、微结构与力学性能的影响。
1、实验过程
实验薄膜认为合适而使用ANELVA SPC-350 多功能电磁控制溅射仪制备。碳化钒靶( 纯净度为99.9百分之百 ) 由射频负极扼制; 不锈钢基片经1 m 金刚石研磨膏打光, 并经丙酮和无水乙醇超声清洗并脱水后装入真空室内的基片架, 基片到靶的距离为5 cm。背底真空优于1X10- 3 Pa 后, 高纯Ar( 纯净度为99.999百分之百) 气体充入真空室中, 经过Ar 大气的压力强的变更( 0.32~ 4.8 Pa) 取得一系列碳化钒薄膜。淤积碳化钒薄膜前先在基片上淤积一层约100 nm 金属Ti, 以增长薄膜与基体的接合力。薄膜淤积过程中, 基片温度扼制为450 , VC靶的溅射功率固定为100W, 淤积时间为2 h, 况且错误基片给予负偏流电压。
薄膜的相组成剖析在Rigaku D/ max??2550/ PC 型X 射线衍射仪( XRD) 向上行, 认为合适而使用Cu-Ka线; JSM-7500F 型场发射电子扫描电细目镜( SEM) 及其附带的OXFORD INCA 型X 射线能+羭縷分散色光谱仪( EDX) 用于仔细查看薄膜的成长结构并剖析成分; 利用Nanoscope II-Ia 型原子力目镜(AFM) 仔细查看了薄膜的表不熟悉长形貌。薄膜的硬度和弹性模量在Fischerscope H100 型微力学探针上勘测, 认为合适而使用维氏压头, 每个样品均勘测20 个点以上, 而后取均匀值。
3、论断
认为合适而使用在Ar 气体中的射频电磁控制溅射碳化钒瓷陶靶可以便捷地取得单相碳化钒薄膜。溅射大气的压力对薄膜的化学成分、相组成、微结构、淤积效率以及相应的力学性有较大的影响。在溅射大气的压力为2.4~ 3.2
Pa 的范围内, 所得薄膜形成晶体程度较好况且硬度与弹性模量较高, 无上硬度和弹性模量作别为28 GPa 和269 GPa。低的溅射大气的压力( 0.32~ 0.9 Pa) 下, 所得薄膜C 含量较高, 形成晶体较差且硬度较低; 过高的溅射大气的压力( > 4.0 Pa) 将造成薄膜淤积效率减低, 形成晶体变差, 其硬度和弹性模量亦随之减低。
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