craln crmon复合膜及crnmo2n纳米多层膜的制备与性能分析word格式论文.docxVIP

江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：（1）必威体育官网网址□，在年解密后适用本授权书。（2）不必威体育官网网址□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日第1章绪论1.1引言信息、能源、生物技术、国防等工业的快速发展，对材料的性能提出了越来越高的要求。元器件的小型化特点要求材料的尺寸越来越小，先进的制造技术、航空航天及新型军事装备等使材料的性能逐渐趋于极端化。因此，材料的创新和深入研究必定是未来科学研究的重要课题和发展趋势。其中，纳米结构材料由于其特殊的物理和化学性能而具有特殊的应用价值[1]。从广义上讲，只要材料的尺度或晶粒尺度至少有一维处于几纳米或者几十纳米量级就可称其为纳米材料[2]。按维数分类，可以分为：(1)零维，指空间三维尺寸均在纳米尺度，如原子团簇、纳米颗粒等；(2)一维，指在三维空间有两维处于纳米尺度，如纳米管、纳米丝、纳米棒等；(3)二维，指在三维空间有一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜、超晶格薄膜等。纳米薄膜是一种具有广泛应用前景的新材料，按照用途分类，可以分为纳米功能薄膜和纳米结构薄膜[3]。前者主要是利用纳米粒子所具有的光、电、声、磁等方面的特性，通过复合使新材料具有基体所不具备的特殊功能。而后者主要是通过纳米粒子复合，提高材料的力学性能。由于纳米粒子的结构、性能、工艺条件等参数的变化都对纳米结构薄膜的特性有显著影响，因此人们可以通过调控纳米结构薄膜的特性以获得满足需要的材料。纳米结构薄膜中，纳米结构复合膜和纳米结构多层膜的研究最多。1.2纳米复合膜纳米复合膜是由两相或两相以上的固态物质组成的薄膜材料，其中至少有一相是纳米晶，其他相可以是纳米晶，也可以是非纳米晶。纳米复合膜的结构示意图如图1.1 所示，nc-MeN表示镶嵌在非晶Si3N4基体中的过渡金属氮化物纳米晶粒，其晶粒尺寸一般小于l0nm，非晶Si3N4的厚度一般小于1nm。1.2.1 纳米复合膜的制备方法目前，制备纳米复合膜的工艺主要是各种等离子体化学气相沉积和物理气相沉积以及它们的组合。(1)等离子体化学气相沉积(PECVD)；(2)磁控溅射和脉冲激光沉积；(3)阴极弧蒸镀(CAE)和等离子体CVD；(4)双离子源辅助沉积；(5)磁控溅射。以上所有方法都能够很好地进行基础研究，但是对于大规模工业化生产而言，以溅射为基础的PVD方法和CAE方法是最有效的。其中，大量精力投入到使用磁控溅射制备薄膜方面，因为这种工艺最方便升级为工业生产。例如，使用所谓“选择性反应磁控溅射”方法显示出很强的应用前景。在这种制膜工艺中，合金中的一种元素被转化成氮化物，而另一种元素则不经反应直接参与成膜。纳米复合薄膜通常用合金靶溅射而成。在这种情况下，很难对薄膜的化学成分做连续的调整。但是，如果用两种纯元素靶同时溅射制备双相纳米复合薄膜，即采用双磁控进行联合溅射就可以做到这一点。图1.1 纳米复合膜结构示意图Fig.1.1Diagramofnanocompositefilms1.2.2 纳米复合膜的分类目前报道的超硬纳米晶复合膜体系主要有以下三大类：纳米晶陶瓷/非晶陶瓷(nc-陶瓷/a-陶瓷)纳米复合膜nc-MeN/a-Si3N4体系是最早研究的纳米复合膜体系，其中Me为过渡族金属，主要为Ti、Cr、Zr和W等[4]。TiN与Si3N4即使在高温1000℃时也完全不互溶。同时，Ti的硅化物是难熔材料，具有很高的生成自由能。nc-TiN/a-Si3N4界面结合很好，可以防止晶界滑移[5]，而且由于TiN硬质薄膜的广泛应用，使得nc-TiN/a-Si3N4体系成为研究最早且研究最多的超硬纳米复合膜体系。研究发现，复合膜中Si的含量是影响其性能的主要因素。Li等人[6]和Veprek等人[7]最早通过将Si加入到TiN而改善了材料的硬度，他们利用等离子体增强CVD，在550~600℃沉积温度下，得到了nc-TiN/a-Si3N4复合膜。Veprek及其合作者第一个报道了nc-TiN/a-Si3N4纳米复合膜的硬度值，在Si含量为8%时，复合膜的硬度达到最大值50GPa。许多研究者发现其它纳