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残余氧对TiN+Si3N4纳米复合薄膜硬度的影响

马大衍 , 马胜利 , 徐可为 , S.Veprek

金属学报

用直流等离子体增强化学气相沉积设备在不锈钢表面沉积纳米晶TiN和纳米非晶TiN+Si3N4复相薄膜。主要研究了氧元素对薄膜硬度的影响。结果表明,薄膜中极其微量的氧含量就会使nc－TiN + a－Si3N4薄膜的硬度大幅降低。薄膜中氧含量小于0.2%(原子分数)，薄膜硬度可以达到45—55 GPa，而氧含量升至1%—1.5%后，薄膜硬度降至30 GPa左右。其原因与晶界处形成SiOx相有关。

关键词: PCVD , TiN , Si3N4

PCVD制备Ti1-xAlxN硬质薄膜的结构与硬度

马胜利 , 徐健 , 介万奇 , 徐可为 , M.G.J.Veprek--Heijman , S.Veprek

金属学报

用直流等离子体增强化学气相沉积(PCVD)方法获得了硬质薄膜;考察了Al含量及高温退火对薄膜微观结构转变过程及其硬度的影响. 结果表明,制备的薄膜由3---10 nm晶粒组成. 随Al含量增加, 薄膜硬度升高, x超过0.83时, 硬度开始急剧下降; 结构分析证实x小于0.83, 薄膜是固溶强化; x=0.83, 薄膜中出现六方氮化铝相(h--AlN). 热稳定性实验表明,薄膜 的纳米结构和硬度在N2环境下可以维持到900℃.

关键词: (Ti , Al)N hard coating , microstructure , hardness

氧杂质致Ti-Si-N薄膜高硬度损失的机理

马大衍 , 马胜利 , 徐可为 , 薛其坤 , S.Veprek

材料研究学报

基于纳米复合Ti-Si-N薄膜硬度对界面相微结构及微尺度变化极为敏感的实验事实, 定量表征了薄膜的硬度与氧杂质含量的关系. 结果表明, 与高纯度薄膜40-55 GPa高硬度比较,1%-1.5%的氧杂质含量导致薄膜的硬度下降到30 GPa左右.根据纳米晶界面原子模型和实验结果,氧杂质与纳米尺度界面交互作用所引发的微尺度缺陷是硬度下降的诱因,晶界面的氧杂质密度是薄膜高硬度损失程度的决定因素,单个纳米晶周围的氧杂质覆盖度达到10个原子以上时, 薄膜的硬度只能达到30 GPa.

关键词: 材料科学基础学科 , null

纳米Ti-Si-N薄膜的高温热稳定性

马大衍 , 马胜利 , 徐可为 , S.Veprek

材料研究学报 doi:10.3321/j.issn:1005-3093.2004.06.010

用直流等离子体增强化学气相沉积(PCVD)方法在不锈钢基体上制备了Ti-Si-N硬质纳米复合薄膜,研究了Si含量对薄膜硬度的影响及高温退火对薄膜晶粒尺寸及其硬度的影响.结果表明:薄膜的硬度随着Si含量的增加有先增大后减小的趋势,最大硬度可达70 GPa以上.薄膜表现出了较高的热稳定性能,对于晶粒尺寸在4 nm以下的薄膜,Ti-Si-N薄膜的纳米结构和硬度可以维持在1000℃以上.沉积态薄膜的晶粒尺寸是影响薄膜再结晶温度的主要因素.薄膜的高热稳定性是由于沉积过程中发生的自发调幅分解形成了纳米复合结构,偏析使得纳米晶晶界具有强的热力学稳定性.

关键词: 无机非金属材料 , 纳米薄膜 , PCVD , 硬度 , 热稳定性

反应磁控溅射法制备nc-TiN/a-Si3N4薄膜的Young's模量和内耗

李朝升 , 王先平 , 方前锋 , S.Veprek , 李世直

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2003.11.019

利用振簧技术测量了不同退火状态下的nc-TiN/a-Si3N4超硬薄膜的Young's模量和内耗随温度的变化关系.在280-300℃附近观察到一个弛豫内耗峰.随着退火温度的升高,该内耗峰逐渐减弱,而Young's模量变化不大.750℃退火后,该内耗峰消失,而模量却从未退火时的430 GPa激增至530 GPa.初步认为该内耗峰来源于非稳定界面的弛豫过程.

关键词: 纳米TiN/非晶Si3N4薄膜 , 内耗 , Young's模量 , 非稳定界面

残余氧对TiN+Si3N4纳米复合薄膜硬度的影响

马大衍 , 马胜利 , 徐可为 , S.Veprek

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2004.10.006

用直流等离子体增强化学气相沉积设备在不锈钢表面沉积纳米晶TiN和纳米非晶Si3N4复相薄膜.主要研究了氧元素对薄膜硬度的影响.结果表明,薄膜中极其微量的氧含量就会使nc-TiN+a-Si3N4薄膜的硬度大幅降低.薄膜中氧含量小于0.2%(原子分数),薄膜硬度可以达到45-55 Gpa,而氧含量升至1%-1.5%后,薄膜硬度降至30 Gpa左右.其原因与晶界处形成SiOx相有关.

关键词: PCVD , TiN , Si3N4 , 薄膜 , 硬度 , 氧含量

PCVD制备Ti1-xAlxN硬质薄膜的结构与硬度

马胜利 , 徐健 , 介万奇 , 徐可为 , M.G.J.Veprek-Heijman , S.Veprek

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2004.06.022

用直流等离子体增强化学气相沉积(PCVD)方法获得了Ti1-xAlxN硬质薄膜;考察了Al含量x及高温退火对薄膜微观结构转变过程及其硬度的影响.结果表明,制备的Ti1-xAlxN薄膜由3-10 nm晶粒组成.随Al含量x增加,薄膜硬度升高,x超过0.83时,硬度开始急剧下降;结构分析证实x小于0.83,Ti1-xAlxN薄膜是固溶强化;x=0.83,薄膜中出现六方氮化铝相(h-AlN).热稳定性实验表明,Ti1-xAlxN薄膜的纳米结构和硬度在N2环境下可以维持到900℃.

关键词: (Ti , Al)N硬质薄膜 , 微观结构 , 硬度 , 热稳定性

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