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磁过滤等离子体制备TiN薄膜中沉积条件对薄膜织构的影响

在室温条件下,利用自行设计的平面"S"形磁过滤等离子体设备,在(111)面单晶硅上制备TiN薄膜,通过改变基底偏压和反应气体成分,即通过改变氮气和氩气的气体流量来改变沉积离子的能量和密度,从离子轰击的角度研究了沉积条件对TiN薄膜织构的影响.对薄膜的表面形貌进行观察,用(θ～2θ)和1.5°掠入射2种X射线衍射方法对薄膜晶体结构和晶面取向进行了分析,对薄膜进行了电子衍射研究.结果显示磁过滤等离子制备的TiN薄膜表面平整光滑,颗粒尺寸为20～70 nm,且基底偏压和氩气流量的增大促使薄膜发生(111)面的择优取向,且(111)晶面与膜表面平行,而在高氩气流量的情况下,(200)和(220)面在薄膜平面也发生了定向排列.

关键词: 氮化钛 , 磁过滤等离子体 , 薄膜织构

工艺参数对阳极弧放电等离子体制备镍纳米粉的影响

魏智强 , 温贤伦 , 王君 , 吴志国 , 徐建伟 , 吴现成 , 闫鹏勋

稀有金属材料与工程

在Ar惰性保护气氛中,采用阳极弧放电等离子方法用自行研制的装置制备出了高纯Ni纳米粉末.研究了在制备过程中电弧电流、气体压力等工艺参数对纳米粉产率及粒度的影响.利用XRD、TEM对制得的样品的形貌、晶体结构、粒度及其分布进行测定.结果表明,适当控制某些工艺参数就能制取粒径范围在20 nm～100 nm的纳米粉,在其它工艺参数不变条件下,气压升高或电弧电流增大,都会使粒度增大,产率提高.

关键词: 阳极等离子体 , 纳米粉 , 粒度 , 工艺参数

约束弧等离子体制备NiO纳米粉体的研究

闫志巾 , 白利锋 , 魏智强 , 吴志国 , 王君 , 常敬波 , 闫鹏勋

稀有金属材料与工程

利用自行研制的约束弧等离子体纳米粉体实验装置成功制备了平均晶粒尺寸为22 nm的NiO纳米粉体.通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、选区电子衍射(SAED)和红外光谱(IR)等测试手段对样品的晶体结构、晶粒尺寸以及形貌进行了表征;并利用BET氮吸附法测定样品的比表面积.结果表明:约束弧等离子体方法制备的NiO纳米粉体结晶良好、粒度均匀、分散性好,部分颗粒呈现规则菱形十二面体几何外型,比表面积为33.9 m2/g.

关键词: NiO纳米粉体 , 等离子体 , 约束弧

射频磁控溅射法制备Cu3N薄膜及其性能研究

袁晓梅 , 王君 , 吴志国 , 岳光辉 , 闫鹏勋

人工晶体学报 doi:10.3969/j.issn.1000-985X.2006.03.045

采用反应射频磁控溅射法,在氮气和氩气的混合气体氛围中,玻璃基底上制备出了具有半导体特性的氮化铜(Cu3N)薄膜,并研究了混合气体中氮气分量对Cu3N薄膜的择优生长取向、平均晶粒尺寸、电阻率和光学带隙的影响.原子力显微镜,X射线衍射仪,四探针电阻仪,紫外可见光谱分析及纳米压痕仪等测试结果表明:薄膜由紧密排列的柱状晶粒构成,表面光滑致密;随着氮气分量的增加,Cu3N薄膜由沿(111)晶面择优生长转变为沿(100)晶面择优生长,晶粒尺寸变小,电阻率ρ从1.51×102Ω·cm逐渐增加到1.129×103Ω·cm;薄膜的光学带隙在1.34～1.75eV间变化;薄膜的硬度约为6.0GPa,残余模量约为108.3GPa.

关键词: 氮化铜薄膜 , 射频磁控溅射 , 表面形貌 , 电阻率 , 光学带隙 , 显微硬度

纳米结构TiN薄膜的制备与性能研究

闫鹏勋 , 吴志国 , 徐建伟 , 张玉娟 , 李鑫 , 张伟伟

人工晶体学报 doi:10.3969/j.issn.1000-985X.2004.06.021

利用自行研制的磁过滤等离子体设备,在室温条件下的不锈钢基底上成功地制备了性能良好的纳米结构TiN薄膜.运用原子力显微镜和X射线衍射仪对其结构和形貌进行了表征.利用纳米硬度仪测量了TiN薄膜的硬度和弹性模量.结果显示:沉积的TiN薄膜表面非常平整光滑,致密而无缺陷;硬度远高于粗晶TiN的硬度;TiN晶粒尺寸在30～50nm;沉积过程中在基底上施加的负偏压会影响纳米结构TiN薄膜的结构和性能.

关键词: 纳米结构氮化钛 , 薄膜 , 等离子体

纳米结构TiN薄膜的制备及其摩擦学性能

张玉娟 , 吴志国 , 阎鹏勋 , 薛群基

材料研究学报 doi:10.3321/j.issn:1005-3093.2004.03.009

在室温条件下,用磁过滤等离子体装置在单晶硅基底上制备了纳米结构TiN薄膜分析了薄膜的表面形貌、晶体结构,测量了TiN薄膜的硬度,研究了基底偏压对薄膜结构性能的影响.结果表明,用此方法制备的TiN薄膜表面平整光滑,颗粒尺寸为50～80 nm;随着基底偏压的增大薄膜发生(111)面的择优取向随着偏压的提高,薄膜的颗粒度稍有增大,摩擦系数增大,偏压提高,晶面在较密排的(111)面有强烈的择优取向,硬度也有所增大.在其它条件相同的情况下载荷越大,摩擦系数越大.不起用磁过滤等离子体法制备的纳米结构TiN薄膜具有较低的摩擦系数(0.14～0.25).

关键词: 无机非金属材料 , 氮化钛 , 磁过滤等离子体 , 纳米薄膜 , 摩擦学

在室温条件下制备高质量纳米结构TiN薄膜研究

闫鹏勋 , 吴志国 , 徐建伟 , 张玉娟 , 张伟伟 , 刘伟民

无机材料学报 doi:10.3321/j.issn:1000-324X.2004.06.026

在室温条件下,利用磁过滤等离子体在单晶硅和不锈钢表面上制备了性能优异的纳米结构TiN薄膜.运用原子力显微镜和掠角入射X射线衍射仪对其结构与形貌进行了表征,利用纳米压痕仪测量了TiN薄膜的硬度和弹性模量.结果表明:TiN薄膜表面光滑,致密,无柱状晶; TiN晶粒的平均尺寸为50nm,薄膜硬度达50 GPa,是传统CVD和PVD技术沉积氮化钛的两倍多;XRD衍射试验表明,纳米TiN的衍射角都普遍向小角度移动,TiN晶粒沿(111)择优生长.

关键词: TiN , 磁过滤等离子体 , 纳米薄膜

磁控溅射沉积Al/AlN纳米多层膜的摩擦学性能

王云锋 , 张广安 , 吴志国

中国表面工程 doi:10.11933/j.issn.1007-9289.2016.01.009

纳米多层膜因具有优异的力学性能与抗摩擦磨损性能使其在摩擦学领域具有重要的应用价值.采用磁控溅射沉积法制备了Al、AlN单层薄膜与Al/AlN纳米多层膜,探讨了纳米多层化对薄膜的力学性能和摩擦学性能的影响.采用纳米压痕仪和摩擦磨损试验机测量评价薄膜的纳米硬度和摩擦学性能.结果表明:Al/AlN纳米多层膜具有良好的周期调制结构,多层膜中的大量界面能显著提高薄膜的力学性能与摩擦学性能.多层膜的硬度为8.8 GPa,高于采用混合法则计算出的硬度值6.6 GPa;多层膜具有软质Al层和硬质AlN层的交替结构,在摩擦过程中,硬质AlN层可以起到良好的承载作用,软质层可以起到良好的减摩作用.相对于Al单层薄膜或AlN单层薄膜,Al/AlN纳米多层膜具有较低的摩擦因数(0.15)和优异的抗磨损性能.

关键词: 磁控溅射 , Al/AlN多层膜 , 摩擦学性能