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掺硅类金刚石薄膜的HiPIMS-MFMS共沉积制备及其高温摩擦学行为研究 被引量：5
1
作者 陈彦军 苏峰华 +3 位作者 孙建芳 陈泽达 林松盛 李助军 《摩擦学学报（中英文）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期18-29,共12页
元素掺杂是提高类金刚石(DLC)薄膜高温耐摩擦性能的重要途径.本文中采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和中频磁控溅射(MFMS)复合技术在304不锈钢表面沉积具有不同Si含量的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、扫描电子显微镜(SEM)... 元素掺杂是提高类金刚石(DLC)薄膜高温耐摩擦性能的重要途径.本文中采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)和中频磁控溅射(MFMS)复合技术在304不锈钢表面沉积具有不同Si含量的掺硅类金刚石(Si-DLC)薄膜,利用原子力显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、纳米压痕和UMT-TriboLab摩擦试验机等系统分析了Si含量对Si-DLC薄膜的结构、力学性能及不同温度下的摩擦学性能的影响,重点探讨了Si-DLC薄膜在高温下摩擦磨损机制.结果表明:Si-DLC薄膜中Si以四面体碳化硅的形式随机分布于无定型DLC基体中,增强薄膜的韧性.同时,Si掺杂使DLC薄膜向金刚石结构发生转变并显著提高了薄膜的硬度.摩擦结果表明,当Si原子分数为15.38%时,Si-DLC薄膜在常温下的摩擦系数和磨损率最低,同时该薄膜在300℃下能维持在较低的摩擦系数(约0.1),主要是由于Si-DLC薄膜中的四面体碳化硅结构能够提升sp^(3)键的稳定性.此外,Si-DLC薄膜中的Si在高温摩擦时会在对偶球表面形成1层SiO_(2)保护层,减缓Si-DLC薄膜和过渡层的氧化,使得薄膜能够在高温下持续润滑.当Si含量进一步增加时,Si-DLC薄膜的力学性能显著提升,然而其摩擦学性能发生明显降低,主要是当DLC薄膜中的硅含量过高时,大气环境下的高温摩擦使得薄膜内的氧化加剧,过量氧化硅的生成破坏了薄膜结构从而导致摩擦性能下降. 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 类金刚石薄膜 元素掺杂 高温 摩擦磨损
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氧等离子体处理对HiPIMS制备Cr涂层耐蚀性能的影响 被引量：1
2
作者 张美琪 董宇峰 +6 位作者 程勇 谭诗瑶 王丽 王应泉 柯培玲 王振玉 汪爱英 《中国表面工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期236-246,共11页
金属Cr涂层因抗氧化、耐腐蚀、抗磨损、色泽明亮等,在严苛环境防护和功能装饰领域应用广泛。但物理气相沉积(PVD)技术沉积的Cr涂层多以贯穿性柱状晶生长,耐腐蚀性能差,是科学界与产业界共同关注的难点挑战。与现有异质多层结构优化不同... 金属Cr涂层因抗氧化、耐腐蚀、抗磨损、色泽明亮等,在严苛环境防护和功能装饰领域应用广泛。但物理气相沉积(PVD)技术沉积的Cr涂层多以贯穿性柱状晶生长,耐腐蚀性能差,是科学界与产业界共同关注的难点挑战。与现有异质多层结构优化不同,采用高离化高功率脉冲磁控溅射(Hi PIMS)同步脉冲偏压技术,在316不锈钢基体表面沉积Cr涂层,通过不同周期氧等离子体处理改性,于涂层内形成Cr/Cr(O)多层结构,并进行研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、扫描探针显微镜(SPM)、X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱仪(XPS)等方法,表征涂层的相结构、表面粗糙度、表面/截面形貌、元素分布及化学键。利用Gamry电化学工作站和恒温盐雾腐蚀测试,研究涂层耐蚀性能。结果表明,氧等离子体处理不改变Cr涂层的体心立方结构,但能够打断涂层柱状晶贯穿生长,使涂层表面更加光滑;经过两次等离子体处理的Cr涂层表面粗糙度约为未处理涂层的1/4,腐蚀电流密度较未处理涂层降低了一个数量级,72 h盐雾腐蚀后未探测到基体腐蚀粒子。该方法为解决PVD技术制备高性能耐腐蚀Cr涂层提供了新思路。 展开更多
关键词 Cr涂层 高功率脉冲磁控溅射(hipims) 盐雾腐蚀 电化学腐蚀
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带有反向正脉冲的HiPIMS技术制备ta-C膜及性能研究
3
作者 何哲秋 冯利民 +2 位作者 李建中 石俊杰 高宣雯 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期96-103,共8页
目的提高切削刀具和耐磨零件的表面硬度和摩擦性能,延长工具的使用寿命。方法基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),在每个脉冲周期尾部施加反向正脉冲,控制ta-C沉积过程,通过电镜测试、拉曼测试、XPS测试、纳米压痕硬度测试、摩擦磨损... 目的提高切削刀具和耐磨零件的表面硬度和摩擦性能,延长工具的使用寿命。方法基于高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS),在每个脉冲周期尾部施加反向正脉冲,控制ta-C沉积过程,通过电镜测试、拉曼测试、XPS测试、纳米压痕硬度测试、摩擦磨损实验分别分析脉冲频率、反向正脉冲能量对ta-C薄膜沉积速度、膜结构、硬度、结合强度、耐磨性能的影响。结果采用钨钢为基体进行实验,将频率从4000 Hz到1500 Hz依次降低,制备涂层。在频率为4000 Hz的处理条件下制备涂层时,ta-C膜层的厚度为479.2 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到59.53%,硬度为32.65 GPa,且得到的薄膜在12.7 N时失效,耐磨性较差,摩擦因数约为0.163。在频率为1500 Hz的处理条件下制备涂层时,涂层各项性能均有所提升,ta-C膜层的厚度为488.6 nm,通过XPS可知,此时sp^(3)的原子数分数达到63.74%,硬度为40.485 GPa,且薄膜在14.9 N时失效,耐磨性较优,摩擦因数约为0.138。结论通过调节脉冲频率,可以有效提高ta-C薄膜的沉积效率,改善膜的结构和性能。随着沉积ta-C薄膜频率的降低,薄膜中sp^(3)的含量呈现增大趋势,摩擦因数也随之降低,有效改善了ta-C膜的耐磨性。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射技术 类金刚石膜 脉冲频率 结合力 硬度 耐磨性
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N_(2)/Ar流量比对TiZrN/TiN纳米多层薄膜微观结构和性能的影响
4
作者 魏永强 张华森 +5 位作者 张晓晓 顾艳阳 刘畅 吕怿东 韦春贝 钟素娟 《表面技术》 北大核心 2025年第14期92-104,共13页
目的 通过改变N2/Ar流量比,研究TiZrN/TiN纳米多层薄膜微观结构和性能的变化规律。方法采用电弧离子镀(Arc Ion Plating,AIP)和高功率脉冲磁控溅射(High Power Pulsed Magnetron Sputtering,Hi PIMS)复合方法,通过调节N_(2)/Ar流量比,... 目的 通过改变N2/Ar流量比,研究TiZrN/TiN纳米多层薄膜微观结构和性能的变化规律。方法采用电弧离子镀(Arc Ion Plating,AIP)和高功率脉冲磁控溅射(High Power Pulsed Magnetron Sputtering,Hi PIMS)复合方法,通过调节N_(2)/Ar流量比,分别在M2高速钢和单晶硅片(100)上制备TiZrN/TiN纳米多层薄膜。研究N2/Ar流量比对TiZrN/TiN纳米多层薄膜形貌结构、元素成分、相结构、纳米硬度、膜基结合力、摩擦磨损性能和耐腐蚀性能的影响。结果在N2/Ar流量比为35/65时,薄膜表面粗糙度最低达到0.298μm;在N2/Ar流量比为40/60时,薄膜总厚度最高达574 nm;TiZrN/TiN纳米多层薄膜均以(111)晶面为择优取向,硬度在22.95~27.15 GPa。在N2/Ar流量比为25/75时,TiZrN/TiN纳米多层薄膜离子轰击作用最强,Zr/(Ti+Zr)的值较大(0.088),硬度和弹性模量最高分别达到27.15 GPa和271.14 GPa。在N_(2)/Ar流量比为25/75和30/70时,TiZrN/TiN纳米多层薄膜的膜基结合力最好,达到HF1等级。TiZrN/TiN纳米多层薄膜稳定摩擦系数均在0.8左右,磨损率先增大后减小。N_(2)/Ar流量比为25/75时,TiZrN/TiN纳米多层薄膜的自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为-0.546 V和1.167μA/cm^(2),薄膜对M2高速钢基体的保护率最高达到87.9%。结论采用电弧离子镀和高功率脉冲磁控溅射复合方法,大幅改善了薄膜表面质量;N_(2)/Ar流量比可改变离子轰击强度的强弱,随着N_(2)/Ar流量比的增加,沉积离子轰击强度逐渐减弱,薄膜硬度和耐腐蚀性能逐渐下降;在N_(2)/Ar流量比为25/75时,薄膜综合性能最优。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 电弧离子镀 TiZrN/TiN纳米多层薄膜 N_(2)/Ar流量比 纳米硬度 耐磨性
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高功率脉冲磁控溅射制备C:Ni:Cu体系薄膜及其热分解制备少层石墨烯
5
作者 李筝 高远 +3 位作者 刘森 桑利军 王正铎 刘忠伟 《真空科学与技术学报》 北大核心 2025年第5期388-397,共10页
石墨烯作为一种先进的功能碳材料得到了广泛应用,研究通过对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术沉积的C:Ni:Cu体系薄膜的快速热退火,在300 nm SiO_(2)/Si基底上直接制备石墨烯。研究了C_(2)H_(2)流量、薄膜厚度、工作气压、退火温度、退火... 石墨烯作为一种先进的功能碳材料得到了广泛应用,研究通过对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术沉积的C:Ni:Cu体系薄膜的快速热退火,在300 nm SiO_(2)/Si基底上直接制备石墨烯。研究了C_(2)H_(2)流量、薄膜厚度、工作气压、退火温度、退火时间及退火升温速率等参数对石墨烯层数和质量的影响,在上述参数分别为2 sccm、48 nm、0.3 Pa、900℃、10 min、15℃/s时,成功制备了低缺陷密度的少层(I_(2D)/I_(G)≈1.23,ID/IG≈0.45,FWHM≈71 cm^(-1))石墨烯。实验结果提供了一种较低温度下(700℃)在所需衬底上直接合成石墨烯的方法,对石墨烯制备技术的发展及石墨烯材料的应用具有重要意义。 展开更多
关键词 石墨烯 快速热退火 高功率磁控脉冲溅射 C:Ni:Cu薄膜
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外加辅助阳极的高功率脉冲磁控溅射管内Cr涂层制备及其性能分析
6
作者 王子嘉 李宇鑫 +3 位作者 胡天时 田修波 巩春志 张辉 《中国表面工程》 北大核心 2025年第1期99-106,共8页
工业生产中管筒件内表面的工作环境恶劣,对腐蚀和磨损等方面的性能有更高要求。为改善管筒件的内表面性能,采用管尾添加辅助阳极的高功率脉冲磁控溅射(Hi PIMS)技术对内径40 mm、长度120 mm碳钢管进行内壁Cr涂层制备。探究辅助阳极电压... 工业生产中管筒件内表面的工作环境恶劣,对腐蚀和磨损等方面的性能有更高要求。为改善管筒件的内表面性能,采用管尾添加辅助阳极的高功率脉冲磁控溅射(Hi PIMS)技术对内径40 mm、长度120 mm碳钢管进行内壁Cr涂层制备。探究辅助阳极电压对Cr靶放电特性和管内Cr沉积的可达深度、相结构及其力学性能的影响规律,分析外加辅助阳极后管内等离子体分布情况,并建立理论模型。结果表明,较高的辅助阳极电压下,基体电流有所增加,特别在管尾位置处。随着辅助阳极电压升高,管内Cr沉积可达深度整体提高,膜层致密度提升。Cr膜的涂层硬度和弹性模量均随着辅阳电压的提高先上升后下降。当辅助阳极电压40V时,Cr涂层可达深度最好,具有最高的硬度和弹性模量。在HiPIMS放电条件下,辅助阳极可以通过牵引电子实现对等离子体定向输运的调控,并显著提高管尾等离子体密度。实现了在管筒件内表面沉积Cr涂层,满足了管筒件内表面在恶劣环境下广泛应用的需求。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 管内壁镀膜 辅助阳极 等离子体分布 可达深度
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不同氩气气压下钒靶HIPIMS放电特性的演变 被引量：5
7
作者 李春伟 田修波 +1 位作者 巩春志 许建平 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期103-109,共7页
目的以V靶为例,研究高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)放电时不同工作气压下靶脉冲电流及等离子体发射光谱的表现形式和演变规律,为HIPIMS技术的进一步广泛应用提供理论依据。方法利用数字示波器采集HIPIMS脉冲放电电流波形,并利用发射光谱仪... 目的以V靶为例,研究高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)放电时不同工作气压下靶脉冲电流及等离子体发射光谱的表现形式和演变规律,为HIPIMS技术的进一步广泛应用提供理论依据。方法利用数字示波器采集HIPIMS脉冲放电电流波形,并利用发射光谱仪记录不同放电状态下的光谱谱线,分析不同气压下V靶HIPIMS放电特性的演变规律。同时,利用HIPIMS技术成功制备了V膜,并利用扫描电子显微镜观察了V膜的截面形貌。结果不同氩气气压下,随着靶脉冲电压的增加,靶电流峰值、靶电流平台值及靶电流平均值均单调增加,而且增加的速度越来越快,但靶电流峰值的增加速度明显高于平台值,这是由于脉冲峰值电流由气体放电决定所致。不同气压下,Ar0、Ar+、V0和V+四种谱线峰的光谱强度均随靶电压的增加而增加,相同靶电压时,其光谱强度随着气压的增加而增加。当气压为0.9 Pa、靶电压为610 V时,Ar和V的离化率分别为78%和35%。此外,利用HIPIMS技术制备的V膜光滑、致密,无柱状晶生长形貌特征。结论较高的工作气压和靶脉冲电压有利于获得较高的系统粒子离化率,但HIPIMS放电存在不稳定性。合适的工作气压是获得优质膜层的关键。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 氩气气压 V靶 放电靶电流 放电光谱特性 V薄膜
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不同靶基距下凹槽表面HIPIMS法制备钒膜的微观结构及膜厚均匀性 被引量：3
8
作者 李春伟 田修波 +1 位作者 巩春志 许建平 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期122-127,共6页
目的研究不同靶基距对高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)在凹槽表面制备钒膜微观结构和膜厚均匀性的影响,实现凹槽表面高膜层致密性和均匀性的钒膜制备。方法采用HIPIMS方法制备钒膜,在其他工艺参数不变的前提下,探讨不同靶基距对凹槽表面钒... 目的研究不同靶基距对高功率脉冲磁控溅射(HIPIMS)在凹槽表面制备钒膜微观结构和膜厚均匀性的影响,实现凹槽表面高膜层致密性和均匀性的钒膜制备。方法采用HIPIMS方法制备钒膜,在其他工艺参数不变的前提下,探讨不同靶基距对凹槽表面钒膜相结构、表面形貌及表面粗糙度、膜层厚度均匀性的影响。采用XRD、AFM及SEM等观测钒膜的表面形貌及生长特征。结果随着靶基距的增加,V(111)晶面衍射峰强度逐渐降低。当靶基距为12 cm时,钒膜膜层表面粗糙度最小,为0.434nm。相比直流磁控溅射(DCMS),采用HIPIMS制备的钒膜呈现出致密的膜层结构且柱状晶晶界不清晰。采用HIPIMS和DCMS方法制备钒膜时的沉积速率均随靶基距的增加而减少。当靶基距为8 cm时,采用HIPIMS方法在凹槽表面制备的钒膜均匀性最佳。结论采用HIPIMS方法凹槽表面钒膜生长的择优取向、表面形貌、沉积速率及膜厚均匀性均有影响。在相同的靶基距下,采用HIPIMS获得的钒膜膜厚均匀性优于DCMS方法。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 靶基距 钒膜 微观结构 厚度均匀性
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高离化率电-磁场协同增强HiPIMS高速沉积特性 被引量：3
9
作者 李春伟 田修波 +1 位作者 姜雪松 徐淑艳 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期84-92,共9页
为了使高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在保持高离化率的条件下实现HiPIMS高速沉积过程,采用电场与磁场双外场协同作用改善HiPIMS放电与沉积特性.研究了电-磁场协同增强HiPIMS((E-MF)HiPIMS)和常规HiPIMS制备钒膜时的基体离子电流密度... 为了使高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在保持高离化率的条件下实现HiPIMS高速沉积过程,采用电场与磁场双外场协同作用改善HiPIMS放电与沉积特性.研究了电-磁场协同增强HiPIMS((E-MF)HiPIMS)和常规HiPIMS制备钒膜时的基体离子电流密度、发射光谱、钒膜表面形貌及表面粗糙度、截面形貌及沉积速率等,并探讨了(E-MF)HiPIMS模式的放电机理.研究表明:与HiPIMS相比,钒靶(E-MF)HiPIMS放电时的平板工件基体离子电流密度峰值增加了6倍,铜靶(E-MF)HiPIMS放电时的筒状工件基体离子电流密度峰值增加了13倍.(E-MF)HiPIMS放电时的Ar 0谱线、Ar+谱线、V 0谱线和V+谱线强度均显著增强,氩和钒的粒子离化率增加.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜由V(111)和V(211)组成.(E-MF)HiPIMS制备的钒膜表面更加光滑平整且表面粗糙度由15.0 nm减小为9.6 nm;钒膜生长结构更加致密且沉积速率增加了约30%,而筒状工件转动条件下(E-MF)HiPIMS制备的铜膜的沉积速率增加了约50%.(E-MF)HiPIMS是一种高离化率高沉积速率的新型放电模式,该方法可有效规避常规HiPIMS较低沉积速率的技术缺陷. 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 钒膜 离化率 沉积速率 基体离子电流密度
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基体偏压对TiN涂层微观结构、化学成分以及机械性能的影响
10
作者 牟存礼 鲁晓龙 +4 位作者 刘建 鲁艳 张晓 郝俊英 王强 《空间科学学报》 北大核心 2025年第2期568-578,共11页
采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在9Cr18钢等基材上沉积了TiN涂层,系统研究了不同偏压对涂层微观结构、化学成分以及机械性能的影响.结果表明,随着偏压的增加,TiN涂层的组织结构逐渐致密,晶粒细化为不规则的三棱锥状,涂层表面的致... 采用高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术在9Cr18钢等基材上沉积了TiN涂层,系统研究了不同偏压对涂层微观结构、化学成分以及机械性能的影响.结果表明,随着偏压的增加,TiN涂层的组织结构逐渐致密,晶粒细化为不规则的三棱锥状,涂层表面的致密度先增加后减少,而截面形貌始终保持致密结构.TiN涂层的择优取向为(200)面.涂层中Ti元素的含量在51 at%~56 at%(原子百分比)之间变化,外观颜色稳定为紫色.当偏压为-150 V时,涂层的硬度最高,约为21.2 GPa,弹性模量约为221 GPa.同时,涂层还具有最大压缩残余应力,约为2.79 GPa.在不同偏压下,涂层与基体之间存在较高的结合强度,范围为49~74 N.施加适当的负偏压可以增加基体表面受到的离子轰击能量,促进涂层的致密化,减少孔隙和缺陷,提高涂层的机械性能以及涂层与基材之间的结合强度. 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 TIN涂层 硬度与弹性模量 膜基结合强度 基体偏压
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N含量对多组元ZrNbMoTaW薄膜结构和力学性能的影响
11
作者 代其杨 许雨翔 +1 位作者 代伟 王启民 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期80-89,共10页
为改善非晶合金在塑性变形上的局限性,通过高功率脉冲磁控溅射技术制备不同氮含量的多组元ZrNbMoTaW薄膜,并系统探讨氮含量对薄膜微观结构、力学性能及塑性变形行为的影响。结果表明,随着氮气流速的增加,薄膜中的氮含量逐渐上升,沉积速... 为改善非晶合金在塑性变形上的局限性,通过高功率脉冲磁控溅射技术制备不同氮含量的多组元ZrNbMoTaW薄膜,并系统探讨氮含量对薄膜微观结构、力学性能及塑性变形行为的影响。结果表明,随着氮气流速的增加,薄膜中的氮含量逐渐上升,沉积速率则呈现出下降趋势。微观结构分析显示,薄膜经历从非晶相到面心立方(Face-Centeredcubic,FCC)纳米晶相,再到典型FCC氮化物相的转变过程,同时其晶格畸变显著增加。随着氮含量的增加,薄膜的硬度和弹性模量分别从7.6GPa和119GPa提升至29.1GPa和392GPa,残余应力从0.2GPa提高到1.6GPa,同时薄膜的抗塑性变形能力显著增强,变形模式由非均匀剪切带变形转变为均匀变形。此外,通过纳米压痕试验观察到机械变形诱导的非晶化现象,表现为晶格畸变的加剧和局部原子排列的无序化。研究结果揭示氮元素对多组元非晶合金薄膜微观结构和力学性能的调控作用,并表明机械变形手段可诱导薄膜相变。 展开更多
关键词 ZrNbMoTaW 高功率脉冲磁控溅射 氮气流量 微观结构 力学性能
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铝合金表面HIPIMS法制备钒涂层结构及结合强度的研究 被引量：1
12
作者 李春伟 田修波 +3 位作者 巩春志 许建平 王佳杰 孙梦凡 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期71-77,共7页
研究不同类型过渡层对铝基体与钒涂层结合强度的影响,为合理设计过渡层提供一种新的研究思路。采用高功率脉冲磁控溅射技术在铝合金表面制备了钒涂层,利用X射线衍射仪和扫描电镜分析了钒涂层与过渡层的微观结构,利用划痕法和压痕法测试... 研究不同类型过渡层对铝基体与钒涂层结合强度的影响,为合理设计过渡层提供一种新的研究思路。采用高功率脉冲磁控溅射技术在铝合金表面制备了钒涂层,利用X射线衍射仪和扫描电镜分析了钒涂层与过渡层的微观结构,利用划痕法和压痕法测试了不同过渡层下的膜基界面结合强度。样品Al/Cu/Cu-Cr/Cr/Cr-V/V的XRD衍射图谱中主要包含V(111)和Cr(111)相,并且样品呈现出光滑致密平整的表面特征。样品Al/V的膜基结合力为12 N左右,而样品Al/Cu/Cu-Cr/Cr/Cr-V/V的膜基结合力为30 N以上。与样品Al/V相比,样品Al/Cu/Cu-Cr/Cr/Cr-V/V无论是从单个裂纹开裂的程度还是从单位面积内裂纹的数目进行评价都表现出较高的膜基界面结合强度。在铝合金基体与钒涂层之间引入热膨胀系数梯度变化的过渡层,有利于获得较好的膜基界面结合强度。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 钒涂层 过渡层 微观结构 结合强度
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HiPIMS的放电特性及其对薄膜结构和性能的调控 被引量：1
13
作者 李坤 高岗 +5 位作者 杨磊 夏菲 孙春强 滕祥青 张宇民 朱嘉琦 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期42-55,共14页
磁控溅射过程中的等离子体密度和离化率这些等离子体微观放电特性强烈影响着沉积薄膜的微观结构和性能,高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)凭借其较高的溅射粒子离化率的优势引起了广泛的研究和关注。为了探究HiPIMS的高离化率的产生原因... 磁控溅射过程中的等离子体密度和离化率这些等离子体微观放电特性强烈影响着沉积薄膜的微观结构和性能,高功率脉冲磁控溅射技术(HiPIMS)凭借其较高的溅射粒子离化率的优势引起了广泛的研究和关注。为了探究HiPIMS的高离化率的产生原因和过程,掌握高功率脉冲磁控溅射技术对薄膜微观结构和性能的调控规律,从一般的磁控溅射技术原理出发,分析HiPIMS高离化率的由来及其与DC磁控溅射相比的技术优势,着重总结HiPIMS的宏观放电特点和微观等离子体特性;总结梳理近几年HiPIMS在硬质膜和透明导电薄膜领域的应用研究,明晰HiPIMS对薄膜微观晶体结构的影响及其对薄膜的力学、光电性能等的调控规律及其优势。HiPIMS独特的等离子体-靶相互作用,可以有效改善薄膜结晶特性,实现对光电性能的可控调控。 展开更多
关键词 磁控溅射 高功率脉冲磁控溅射技术(hipims) 离化率 硬质膜 透明导电薄膜
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外部磁场对电-磁场协同增强HiPIMS放电及V膜沉积与性能的调制 被引量：1
14
作者 李春伟 田修波 +1 位作者 姜雪松 陈春晟 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期144-152,共9页
为了获得新型HiPIMS稳定放电及制备优质膜层时的最优外部磁场参数,研究外部磁场变化对电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射((E-MF)HiPIMS)放电及沉积特性的调制过程。在其他工艺参数保持不变的情况下,研究了外部磁场(线圈电流)对HiPIMS钒... 为了获得新型HiPIMS稳定放电及制备优质膜层时的最优外部磁场参数,研究外部磁场变化对电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射((E-MF)HiPIMS)放电及沉积特性的调制过程。在其他工艺参数保持不变的情况下,研究了外部磁场(线圈电流)对HiPIMS钒(V)靶放电规律以及V膜微观结构和性能的影响。采用数字示波器监测HiPIMS放电行为,利用XRD、SEM、AFM、摩擦磨损试验机及电化学腐蚀法等表面分析方法,研究V膜相结构、表面形貌、截面形貌、耐摩擦磨损性能及耐腐蚀性能等沉积特性。结果表明:随线圈电流的增加,基体离子电流密度逐渐增加,当线圈电流为6 A时基体离子电流密度最高可达209.2 mA/cm^(2)。V膜的相结构仅为V(111)但其晶面衍射峰强度随线圈电流的增加而逐渐增加。V膜表面呈现出典型的圆凹坑状形貌特征,其表面粗糙度先减小后增大且最小仅为10 nm。当线圈电流(<4 A)较低时V膜生长表现为致密细小的晶体生长结构,膜层沉积速率随着线圈电流的增加而增加。当线圈电流为4 A时,V膜样品的摩擦系数最小、耐磨性最优,同时V膜样品具有最好的耐蚀性。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 线圈电流 基体离子电流密度 钒膜 沉积速率
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N_(2)气流量对Hi PIMS制备SiN_(x)薄膜微观结构和力学性能的影响
15
作者 朱永明 张斌 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期245-254,共10页
由于氮化硅(SiN_(x))薄膜具有较高的介电常数、绝缘强度和优异的耐磨性,广泛应用于微电子和光电器件中,作为钝化层、介电层和耐磨涂层。然而如何制备高性能的SiN_(x)薄膜一直是工业界和学术界的研究热点,探究N_(2)气流量对高功率脉冲磁... 由于氮化硅(SiN_(x))薄膜具有较高的介电常数、绝缘强度和优异的耐磨性,广泛应用于微电子和光电器件中,作为钝化层、介电层和耐磨涂层。然而如何制备高性能的SiN_(x)薄膜一直是工业界和学术界的研究热点,探究N_(2)气流量对高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)制备SiN_(x)薄膜组织和力学性能的影响,选用硅靶和氮气,采用HiPIMS技术通过改变N_(2)气流量在硅(100)晶片上制备不同组分的SiN_(x)薄膜。利用X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线衍射仪对所制备的薄膜成分、表面形貌及微观结构进行分析,采用纳米压痕仪和微米划痕仪对薄膜的硬度、弹性模量和结合力进行表征,并计算H/E和H^(3)/E^(2)。结果表明:薄膜的致密度和表面粗糙度随N_(2)气流量的增加而增加,制备的薄膜表面均显示出“橘皮状”结构,且薄膜呈现无定形结构。在N_(2)气流量为50 m L/min时,制备的薄膜具有最佳的弹性恢复(43.35%)、硬度(13.3 GPa)、弹性模量(154.1 GPa)和耐磨特性。研究通过计算H/E和H^(3)/E^(2)等参数,进一步量化薄膜的力学性能,为高性能SiN_(x)薄膜的设计和应用提供定量依据。研究成果不仅为利用Hi PIMS技术制备高质量SiN_(x)薄膜提供重要参考,还对提高SiN_(x)薄膜的工业生产水平具有现实意义。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射(hipims) N2气流量 SiN_(x)薄膜 微观组织 力学性能
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高功率脉冲磁控溅射制备不同氮含量CN_(x)薄膜的摩擦学行为
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作者 邢朝阳 王新飞 +2 位作者 杨攀峰 张斌 王欣 《中国表面工程》 北大核心 2025年第3期272-284,共13页
氮化碳薄膜因其低摩擦因数低磨损的优异摩擦学性能,被认为是一种理想的固体润滑材料,但其超低摩擦起源尚未得到充分探讨,使其在润滑领域的工程应用受到限制。利用高功率脉冲磁控溅射法(HiPIMS)在Si基底上制备系列不同氮含量的CN_(x)薄膜... 氮化碳薄膜因其低摩擦因数低磨损的优异摩擦学性能,被认为是一种理想的固体润滑材料,但其超低摩擦起源尚未得到充分探讨,使其在润滑领域的工程应用受到限制。利用高功率脉冲磁控溅射法(HiPIMS)在Si基底上制备系列不同氮含量的CN_(x)薄膜,与直径为6.0 mm的440C摩擦对偶球组成摩擦配副体系,使用旋转模式CSM TRB3摩擦机研究惰性气体环境下CN_(x)薄膜的摩擦学特性,在相同摩擦学条件下(1 N,200 rpm,RH<3%),引入预磨合的方法进行摩擦学研究。利用纳米硬度、X射线光电子能谱、激光共聚焦拉曼光谱、场发射扫描电镜及CSM摩擦试验机等,分别评价CN_(x)薄膜的结构、表面形貌、力学及摩擦学等性能。结果表明N元素的引入对CN_(x)力学性能的影响复杂,N含量的不同直接导致对应CN_(x)薄膜力学性能和结合力的提高或降低。CN_(x)薄膜在预磨合后获得更低的摩擦因数和磨损率,证明预磨合是行之有效的减磨降损手段,结合对球斑和磨痕的物理化学分析推断,预磨合过程中潮湿大气中的水、氧以氢氧类基团吸附在DLC薄膜表面终止悬键,以及摩薄膜表面C、N网络重构,偶球面上的碳氮转移膜和重构后形成的低剪切顶层富sp^(2)磨痕的协同作用实现了超润滑状态。研究为不同氮含量的CN_(x)薄膜摩擦学行为及其超低摩擦工程应用提供了参考。 展开更多
关键词 超润滑 N元素掺杂 CN_(x)薄膜 高功率脉冲磁控溅射 预磨合
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高功率离子源功率对持续高功率反应磁控溅射沉积Al_(2)O_(3)薄膜的影响
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作者 邹云霄 杨东杰 +3 位作者 刘亮亮 刘瑶瑶 李春伟 吴忠振 《中国表面工程》 北大核心 2025年第2期19-26,共8页
氧化铝膜层在光学和半导体领域具有广泛的应用。持续高功率磁控溅射(Continuous high-power magnetron sputtering)技术在反应溅射时具有较宽的工艺窗口,因此是制备氧化铝膜层的最佳途径之一。但由于C-HPMS较高的Al溅射速度,制备的氧化... 氧化铝膜层在光学和半导体领域具有广泛的应用。持续高功率磁控溅射(Continuous high-power magnetron sputtering)技术在反应溅射时具有较宽的工艺窗口,因此是制备氧化铝膜层的最佳途径之一。但由于C-HPMS较高的Al溅射速度,制备的氧化铝薄膜往往呈现氧含量不足的现象。对此,采用高功率离子源辅助离化氧气,以提升其反应活性,进而增加制备氧化层中的氧含量。研究结果表明,高功率离子源放电可以大幅提升O_(2)气的离化,使得Al和O化合的活性随离子源功率的提高,制备的氧化铝膜层更加致密,沉积速率也得到提升,膜层中的Al/O比例从0.95降低至0.64。同时,制备的氧化铝膜层的透过率68.8%提升至93.1%,耐击穿性能从20.8 V/μm提升至72.4 V/μm,膜层硬度从12.48 GPa提升至14.45 GPa,体现出明显的促进效果。 展开更多
关键词 持续高功率磁控溅射(C-HPMS) 氧化铝 离子源辅助 高功率
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HiPIMS沉积光电薄膜研究进展:放电特性和参数调控
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作者 张海宝 刘洋 陈强 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期93-104,共12页
高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术具有离化率高、等离子体密度高、沉积温度低、薄膜结构致密等优点,与沉积超硬耐磨涂层相比,HiPIMS技术在光电薄膜沉积中的应用相对较少,且HiPIMS镀膜过程中涉及工艺参数较多,工艺参数的选择直接影响着沉... 高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术具有离化率高、等离子体密度高、沉积温度低、薄膜结构致密等优点,与沉积超硬耐磨涂层相比,HiPIMS技术在光电薄膜沉积中的应用相对较少,且HiPIMS镀膜过程中涉及工艺参数较多,工艺参数的选择直接影响着沉积薄膜的结构和性能。基于这两个问题,系统梳理HiPIMS在光电薄膜沉积中放电的时空演变特性,重点介绍HiPIMS技术在光电薄膜沉积过程中的关键工艺参数,包括峰值功率密度、衬底材料、掺杂、偏置电压等,对薄膜结构和性能的影响规律,最后展望HiPIMS技术在光电薄膜沉积中的应用前景与发展趋势。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射(hipims) 光电薄膜 等离子体 放电特性 参数调控
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溅射技术对BT板表面铜膜结构和电性能的影响
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作者 钟利 陈美艳 +2 位作者 刘旋 张悦 姚可 《表面技术》 北大核心 2025年第8期227-234,共8页
目的 为了对比不同技术制备的导电铜膜的性能,分别以直流磁控溅射镀膜技术和高功率脉冲磁控溅射镀膜技术在BT树脂材料表面沉积铜膜。方法 通过检测铜膜的表面微观形貌、化学元素成分、物相结构和孔隙率,对铜膜的微观状态进行对比和分析... 目的 为了对比不同技术制备的导电铜膜的性能,分别以直流磁控溅射镀膜技术和高功率脉冲磁控溅射镀膜技术在BT树脂材料表面沉积铜膜。方法 通过检测铜膜的表面微观形貌、化学元素成分、物相结构和孔隙率,对铜膜的微观状态进行对比和分析,并结合铜膜的宏观电性能,对不同镀膜过程中的成膜机理、影响参数及规律展开研究。结果 研究证明,直流磁控溅射铜膜的结晶度更高,但高功率脉冲铜膜的孔隙率更低、晶粒更细小、相对纯度更高,虽然高功率磁控膜具有更好的微观性能,但薄膜的电性能受到晶粒取向、晶界长度等多种因素的影响,高功率磁控溅射膜中的微观优势并未产生明显作用,反而呈现出较直流磁控膜更弱的导电性:经测试,直流磁控铜膜方阻为23mΩ/□,高功率脉冲铜膜的方阻为337mΩ/□。结论采用直流磁控和高功率脉冲磁控技术都能在BT板表面镀覆性能优良的铜膜,从而实现高聚合树脂材料的表面金属化处理,虽然高功率脉冲铜膜具有更好的微观性能,但电性能却远不及直流磁控溅射铜膜,目前在工程实际应用上还不能完全取代直流磁控,仍需针对膜层物相调控、纯度和电性能等方面展开持续深入的研究。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控镀膜 直流磁控溅射镀膜 BT板 表面金属化 XPS
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电-磁场协同增强HiPIMS技术的CrAl靶放电行为及CrAlN薄膜制备
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作者 李春伟 田修波 《中国表面工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期155-162,共8页
基于常规高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)存在的问题,发展了新型HiPIMS放电模式:电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射((E-MF)HiPIMS)。研究新型放电模式下CrAl靶的放电行为及CrAlN薄膜的沉积特性。结果表明,不同工作气压下,CrAl靶放电电流波... 基于常规高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)存在的问题,发展了新型HiPIMS放电模式:电-磁场协同增强高功率脉冲磁控溅射((E-MF)HiPIMS)。研究新型放电模式下CrAl靶的放电行为及CrAlN薄膜的沉积特性。结果表明,不同工作气压下,CrAl靶放电电流波形随靶脉冲电压的变化规律相似。随脉冲电压的增大,CrAl靶脉冲峰值电流线性增加,随着氮气流量的增大,CrAl靶脉冲峰值电流线性增加,随着复合直流的增大,CrAl靶电流上升速度不变但靶脉冲峰值电流出现明显降低。与常规HiPIMS相比,(E-MF)HiPIMS技术制备的CrAlN薄膜表面更加光滑、平整,且表面粗糙度仅为4.123 nm。CrAlN薄膜的生长结构更加致密而紧凑,晶粒也更加细小、均匀。此外,(E-MF)HiPIMS技术制备的CrAlN薄膜样品的摩擦因数显著降低,且磨损后的磨痕宽度小、磨损处仅出现间断型的表面磨损,摩擦磨损性能更加优异。同时样品的腐蚀电位较大提高、腐蚀电流大幅减小,表现出更优异的耐腐蚀性能。 展开更多
关键词 高功率脉冲磁控溅射 CrAl靶 放电特性 CrAlN薄膜 生长形貌
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