氮化铝钛及其掺硅硬质膜的研究

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1、安徽工业大学硕士学位论文氮化铝钛及其掺硅硬质膜的研究论文题目：InvestigationofAlTiNandSidoppinghardfilms作者：蔡飞学院：材料科学与工程学院指导教师：李明喜教授单位：安徽工业大学协助指导教师：张世宏副教授单位：安徽工业大学单位：论文提交日期：2012年04月23日学位授予单位：安徽工业大学安徽马鞍山243002万方数据独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得安徽工业大学或其他教育机构的学位或

2、证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名日期：____________关于论文使用授权的说明本人完全了解安徽工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,保密的论文在解密后应遵循此规定。签名导师签名日期：____________万方数据安徽工业大学硕士学位论文摘要氮化铝钛及其掺硅硬质膜的研究摘要本文利用多弧离子镀(Arcionplating，AIP)技术，制备了不同沉积参数的AlTiN和Ti

3、AlSiN纳米多层薄膜，利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电子能谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段对薄膜微结构和表面形貌进行了系统的研究，采用纳米压痕仪、划痕仪和摩擦实验对薄膜硬度、结合力、摩擦性能进行了研究，并利用真空退火和差示扫描量热法(DSC)试验研究了薄膜的热稳定性能。研究结果如下：AlTiN薄膜主要由(Al,Ti)N相组成，薄膜在垂直于基体方向呈现柱状生长。当氮气分压为1.7Pa时，薄膜中出现了AlTi3N和TiAlx；AlTiN薄膜表面颗粒密度随着负偏压和氮气分压的升高而降低；薄膜具有较高的硬度，均超过2

4、2GPa。当负偏压为-250V时，最大硬度达到45GPa。负偏压为-150V条件时薄膜的结合力最大，高达77N。当负偏压和氮气分压分别为-150V和1.2Pa时，薄膜具有较好的摩擦性能。AlTiN薄膜在真空退火过程中形成了AlTix和N2；c-(Al,Ti)N经过调幅分解反应形成c-TiN和c-AlN，且随着温度的升高，亚稳的c-AlN转变成热力学上更稳定的h-AlN。AlTiN薄膜在900℃时具有较高的热稳定性。沉积态TiAlSiN纳米多层薄膜中存在着晶化的SiNx相和c-AlSiN相，c-AlSiN相导致纳米c-TiN层和h-AlSiN层共格外延生长，薄膜的硬度高达52G

5、Pa；薄膜中h-AlSiN在真空退火过程中发生分解，形成h-AlN和SiNx。TiN/AlSiN纳米多层薄膜在经过1100℃退火后，硬度达47GPa。真空退火后，薄膜结合强度增加。c-TiN/h-AlSiN纳米多层薄膜在1100℃时具有较高的热稳定性。关键词：硬质薄膜；负偏压；氮气分压；AlTiN和TiAlSiN；真空退火-I-万方数据安徽工业大学硕士学位论文AbstractInvestigationofAlTiNandSidoppinghardfilmsAbstractInthisstudy,theAlTiNfilmswithvariousdepositingparamet

6、ersandTiAlSiNnanoscalemulti-layeredfilmsweredepositedbyArcionplating(AIP)technique.MicrostructureandsurfacemorphologyofthefilmsweresystematicallyinvestigatedusingX-RayDiffraction(XRD),X-rayPhotoelectronSpectroscopy(XPS),ElectronEnergyDisperseSpectroscopy(EDS),ScanningElectronMicroscope(SEM)

7、andTransmissionElectronMicroscopy(TEM),etc.Thehardness,adhesionstrengthandtribologicalpropertyofthefilmswereexaminedwithnanoindentationtest,scratchtestandfrictionalexperiment.ThethermalstabilityofthefilmswasalsoinvestigatedbyvacuumannealingandDifferentia