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工作气压和基底偏压对ZrB2/AlN纳米多层膜结构和机械性能的影响
  • ISSN号:1672-7126
  • 期刊名称:《真空科学与技术学报》
  • 时间:0
  • 分类:TB383[一般工业技术—材料科学与工程]
  • 作者机构:[1]天津师范大学物理与电子信息学院,天津300387
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(50872094)
中文摘要:

利用射频磁控溅射技术在不同工作气压和不同基底偏压条件下在Si(100)基底上设计合成了ZrB2/AlN纳米多层膜。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、纳米力学测试系统和表面轮廓仪分析了工作气压和基底偏压对薄膜的微结构和机械性能的影响。结果表明:大部分ZrB2/AlN多层膜的纳米硬度与弹性模量值高于两种个体材料的混合值。当工作气压为0.4Pa,基底偏压为-60 V时,制备的薄膜具有最高的硬度(36.8 GPa)、最高的弹性模量(488.7 GPa)和最高的临界载荷(43.6 mN)。基底偏压的升高和工作气压的降低会使沉积粒子的动能提高,引起薄膜表面原子迁移率提高,导致薄膜的原子密度提高,起到位错钉扎的作用,晶粒尺度也被限制在纳米尺度,这些均对提高薄膜的硬度和抗裂强度起到了作用。

英文摘要:

The ZrB2/AlN multi-layers were grown by RF magnetron sputtering on Si(100)substrates.Its microstructures were characterized with X-ray diffraction,scanning electron microscopy and conventional surface probes.The impacts of the growth conditions on its microstructures and mechanical properties were studied.The results show that the nano-hardness and elastic modulus of the ZrB2/AlN multi-layers are higher than those of the rule-of-mixture of monolithic ZrB2 and AlN coatings,and that the higher bias voltage and lower pressure significantly affects its microstructures and mechanical properties.For instance,at a pressure of 0.4 Pa,a bias of-60 V,the ZrB2/AlN multi-layers have a highest hardness of 36.8 GPa,a maximum modulus of 488.7 GPa,and a critical fracture load of 43.6 mN.Possible mechanisms responsible for the increased surface compactness were also tentatively discussed.

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期刊信息
  • 《真空科学与技术学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国真空学会
  • 主编:李德杰
  • 地址:北京朝阳区建国路93号万达广场9号楼614室
  • 邮编:100022
  • 邮箱:cvs@chinesevacuum.com
  • 电话:010-58206280
  • 国际标准刊号:ISSN:1672-7126
  • 国内统一刊号:ISSN:11-5177/TB
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  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:4421