赵文济
,
孔明
,
乌晓燕
,
李戈扬
金属学报
通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si3N4层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜，利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能，研究了其力学性能随Si3N4层厚微小改变而显著变化的原因。结果表明，在TiN调制层晶体结构的模板作用下，溅射态以非晶存在的Si3N4层在其厚度小于0.7 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体，多层膜形成共格外延生长的（111）择优取向超晶格柱状晶，并相应产生硬度显著升高的超硬效应，最高硬度达到38.5 GPa。Si3N4随自身层厚进一步的微小增加便转变为非晶态，多层膜的共格生长结构因而受到破坏，其硬度也随之降低。
关键词:
TiN/Si3N4纳米多层膜
,
epitaxial growth
,
crystallization
,
superhard effect
赵文济
,
梅芳华
,
董云杉
,
李戈扬
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2005.09.013
采用Al-Ti镶嵌复合靶在不同氮分压下制备了一系列(Al,Ti)N涂层,并采用EDS,AFM,XRD,TEM和微力学探针表征了涂层的沉积速率、化学成分、微结构和力学性能,研究了氮分压对涂层的影响.结果表明,氮分压对(Al,Ti)N涂层影响显著:合适的氮分压可以得到化学计量比的(Al,Ti)N涂层,涂层为单相组织,并呈现(111)择优取向,最高硬度和弹性模量分别达到36.9GPa和476GPa.过低的氮分压不但会造成涂层贫氮,而且涂层中的Al含量偏低,硬度不高.氮分压过高,由于存在"靶中毒"现象,尽管涂层的成分无明显变化,但会大大降低其沉积速率,并使涂层形成纳米晶或非晶态结构,涂层的硬度也较低.
关键词:
(Al,Ti)N涂层
,
反应溅射
,
微结构
,
力学性能
吴莹
,
赵文济
,
孔明
,
黄碧龙
,
李戈扬
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2008.00562
采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO2层厚的AlN/SiO2纳米多层膜, 利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能, 研究了多层膜微结构与力学性能随SiO2 层厚的变化, 考察了AlN/SiO2 纳米多层膜的高温抗氧化性. 结果表明, 受AlN层晶体结构的模板作用, 溅射条件下以非晶态存在的SiO2层在厚度<0.6nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体, 并与AlN形成共格外延生长结构, 多层膜相应产生硬度升高的超硬效应. SiO2随自身层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长, 致使多层膜的外延生长结构受到破坏, 其硬度也随之降低. 高温退火研究表明, 高硬度的AlN/SiO2 纳米多层膜的抗氧化温度为800℃, 与AlN单层膜相当. SiO2 层的加入尽管能使多层膜获得较高硬度, 但是并不能提高其抗氧化温度.
关键词:
AlN/SiO2纳米多层膜
,
epitaxial growth
,
superhardness effect
,
oxidation resistance
赵文济
,
李一睿
,
胡祖光
,
许辉
,
祝新发
,
李戈扬
表面技术
doi:10.3969/j.issn.1001-3660.2005.05.006
采用Ti-Al镶嵌复合靶在Ar、N2和O2混合气体中反应溅射制备了一系列TiO/AlO和TiN/AlN薄膜,并采用EDS、XRD、TEM、AFM、SEM和微力学探针研究了薄膜的化学成分、微结构和力学性能.结果表明,随氧分压的提高,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜中的氧含量逐步增加,氮含量相应减少,但其(Ti+Al):(O+N)仍保持约为1:1的化学计量比.薄膜保持与(Ti,Al)N薄膜相同的NaCl结构,并形成强烈(200)织构的柱状晶.与此同时,TiO/AlO和TiN/AlN薄膜的硬度和弹性模量也仍保持在与TiN/AlN薄膜相当的35GPa和370～420GPa的高值.由于薄膜中形成了相当含量的氧化物,这类薄膜的抗氧化能力有望得到提高.
关键词:
TiO薄膜
,
AlO薄膜
,
TiN薄膜
,
AlN薄膜
,
反应溅射
,
微结构
,
力学性能
孔明
,
赵文济
,
乌晓燕
,
魏仑
,
李戈扬
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2007.00539
采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN/Si3N4纳米晶复合膜的观察发现, 这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN/a-Si3N4模型有很大不同: 复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶, 存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0.5～0.7nm, 呈现晶体态, 并与TiN形成共格界面. 进一步采用二维结构的TiN/Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约<0.7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化, 并与TiN层形成共格外延生长结构, 多层膜相应产生硬度升高的超硬效应. 由于TiN晶体层模板效应的短程性, Si3N4层随厚度微小增加到1.0nm后即转变为非晶态, 其与TiN的共格界面因而遭到破坏, 多层膜的硬度也随之迅速降低. 基于以上结果, 本文对TiN/Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN/a-Si3N4模型的新解释.
关键词:
TiN/Si3N4纳米晶复合膜
,
TiN/Si3N4 nanomultilayers
,
interfacial phase
,
crystallization
,
superhardness effect
赵文济
,
孔明
,
乌晓燕
,
李戈扬
金属学报
doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2007.02.008
通过反应磁控溅射制备了一系列不同Si3N4层厚的TiN/Si3N4纳米多层膜,利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和硬度,研究了其硬度随Si3N4层厚微小改变而显著变化的原因.结果表明,在TiN调制层晶体结构的模板作用下,溅射态以非晶存在的Si3N4层在其厚度小于0.7 nm时被强制晶化为NaCl结构的赝晶体,多层膜形成共格外延生长的{111}择优取向超晶格柱状晶,并相应产生硬度显著升高的超硬效应,最高硬度达到38.5GPa.Si3N4随自身层厚进一步的微小增加便转变为非晶态,多层膜的共格生长结构因而受到破坏,其硬度也随之降低.
关键词:
TiN/Si3N4纳米多层膜
,
外延生长
,
晶化
,
超硬效应
孔明
,
赵文济
,
乌晓燕
,
魏仑
,
李戈扬
无机材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-324X.2007.03.033
采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN/Si3N4纳米晶复合膜的观察发现,这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN/a-Si3N4模型有很大不同:复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶,存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0.5～0.7nm,呈现晶体态,并与TiN形成共格界面.进一步采用二维结构的TiN/Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约＜0.7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化,并与TiN层形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应.由于TiN晶体层模板效应的短程性,Si3N4层随厚度微小增加到1.0nm后即转变为非晶态,其与TiN的共格界面因而遭到破坏,多层膜的硬度也随之迅速降低.基于以上结果,本文对TiN/Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN/a-Si3N4模型的新解释.
关键词:
TiN/Si3N4纳米晶复合膜
,
纳米多层膜
,
界面相
,
晶体化
,
超硬效应
吴莹
,
赵文济
,
孔明
,
黄碧龙
,
李戈扬
无机材料学报
doi:10.3321/j.issn:1000-324X.2008.03.029
采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO2层厚的AlN/SiO2纳米多层膜,利用X射线衍射仪,高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能,研究了多层膜微结构与力学性能随SiO2层厚的变化,考察了AIN/SiO2纳米多层膜的高温抗氧化性.结果表明,受AlN层晶体结构的模板作用,溅射条件下以非晶态存在的SiO2层在厚度<0.6nm时被强制晶化为与AIN相同的六方结构赝晶体,并与AlN形成共格外延生长结构,多层膜相应产生硬度升高的超硬效应. SiO2随自身层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长,致使多层膜的外延生长结构受到破坏,其硬度也随之降低.高温退火研究表明,高硬度的AIN/SiO2纳米多层膜的抗氧化温度为800℃,与AlN单层膜相当. SiO2层的加入尽管能使多层膜获得较高硬度,但是并不能提高其抗氧化温度.
关键词:
AlN/SiO2纳米多层膜
,
外延生长
,
超硬效应
,
抗氧化性
