SiO2的赝晶化及AINSiO2纳米多层膜的超硬效应.pdfVIP

第56卷第3期2007年3月 物 理学 报 1000．．3290／2007／56(03)／1574．．07 ACTAPHYSICASINICA ⑥2007 Chin．Phys．Soc． 赵文济 孔 明 黄碧龙 李戈扬’ (上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室，上海200030) (2006年7月21日收到；2006年8月10日收到修改稿) 采用反应磁控溅射法制备了一系列不同sio，层厚度的A1N／Si02纳米多层膜，利用x射线衍射仪、高分辨透射 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Si02层在多层膜中的晶化现象及其对多层膜 生长方式及力学性能的影响．结果表明，由于受AIN六方晶体结构的模板作用，溅射条件下以非晶态存在的si02 层在其厚度小于0．6am时被强制晶化为与A1N相同的六方结构赝晶体并与AIN形成共格外延生长．由于不同模 量的两调制层存在晶格错配度，多层膜中产生了拉、压交变的应力场，使得多层膜产生硬度升高的超硬效应．si02 随层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长，多层膜的外延生长结构受到破坏，其硬度也随之降低． 关键词：A1N／Si02纳米多层膜，赝晶化，应力场，超硬效应 PACC：6860，6855，6460M 分析，均是在立方晶体结构中展开的． 1．引 言 灿N)晶体层模板作用下的晶化现象，以及由此得到 现代加工技术的发展对刀具涂层提出了更高的 的A1N／SiO，纳米多层膜的超硬效应． 要求，需要其同时具有高硬度和高抗氧化温度．基 六方结构的A1N薄膜由于硬度仅为约20GPa， 于两种氮化物以纳米量级交替沉积形成的纳米多层 不常单独作为刀具涂层使用，但由于其具有优异的 膜硬度升高的超硬效应¨o，Sproul提出了采用两种 高温抗氧化性而成为刀具涂层的重要组成材料．例 氧化物制备高硬度纳米多层膜的技术路线拉1，以期 满足高速切削和于式切削时刀具刃口高达10000C 有35 对涂层材料提出的苛刻要求．然而，按此路线制备 24 于TiN 的ZrO：／A1：O，和ZrO：／Y：O，纳米多层膜却未能获得 通过超硬效应使A1N／SiO：纳米多层膜获得硬度的 硬度的提高．分析认为，由于形成了非晶结构(Zr02／提高，这种采用具优异抗氧化性的A1N和SiO：组成 A1：0，)或是尽管形成共格外延生长结构但两组成物 的多层膜将更具应用价值． 剪切模量差不够大(ZrO：／Y：O，)是这两种氧化物纳 米多层膜未能得到强化的原因． 2．实 验 最近，我们利用纳米多层膜晶体生长的“模板效 应”，使通常为非晶态的SiO，在TiN或VN晶体层组 成的纳米多层膜中结晶化，并与TiN或VN形成共 SPC．350多靶 层膜以及A1N，SiO，单层膜在ANELVA o和VN／ 格外延生长结构，由此获得的TiN／SiO：b 磁控溅射仪上采用反应溅射方法制备．Al靶(纯度 SiO：[43都产生了硬度升高的超硬效应．值得注意的 是，以上强制非晶SiO，晶化的TiN和VN均属NaCl 独立的射频阴极控制．抛光的不锈钢基片在丙