磁控溅射法TiAlCN系涂层制备及其结构与性能研究

1、东南大学博士学位论文磁控溅射法TiAlCN系涂层制备及其结构与性能研究姓名:张旭海申请学位级别:博士专业:材料加工与工程指导教师:蒋建清20090527 东南大学博士论文II_ iIIIIIII II一II lllliT-II III IIIIII图3.7为不同氮流量下11N涂层XRD图谱。当氮流量为1sccm,XRD图谱存在(111、(200、(220、(311和(222等衍射峰,其中(111峰相对较高,说明涂层存在少量择优取向。当氮流量增加至2sccm,XRD图谱中只出现(111和(222衍射峰,表明涂层完全为(111择优取向。氦流量进一步增加,(200衍射峰重新出现,相对(111衍射峰,

2、(200衍射峰逐渐增加,同时未见其他晶面衍射峰出现,当氮流量增至15sccm,图谱只存在(200衍射峰,这表明TiN 涂层完全转变为(200择优取向。氮流量继续增加,11N涂层依然表现为(200择优取向。图3-8定量地反映7(111-(200择优取向转变规律。在1.5sccm一30sccm范围内,涂层(111衍射峰的归一化值迅速由1转变为0,同时(200衍射峰归一化值迅速由0转变为1,在30sccm 一60sccm范围,涂层的(111和(200衍射峰归一化值始终保持为0和1。由此可见,氮流量变化导致11N涂层择优取向经历三阶段:弱择优取向一(111择优取向一(200择优取向,氮流量对WN的择优

3、取向的影响非常明显。fluxsccmN2图38不同氮流量下涂层(111(200晶面衍射峰的演变(serial3Figure3-8Evolution of(111-(200prefer growth with different N2(serial3图3.9为不同氮流量下涂层表面形貌和横截面SEM图片。可以看出,随着氮流量的增大,薄膜的表面形貌相差很大。当氮流量为1sccm,涂层表面由包状颗粒构成,颗粒表面没有明显的晶体学平面;从表面和横截面观察,涂层结构较致密。当氮流量为1.5sccm,涂层表面转变为类似三棱锥晶体形貌,在每个三棱锥晶体表面存在大量台阶或褶皱结构。从横截面观察,涂层为纤维结构,

4、晶粒间界面明显。当氮流量为3sccm,涂层表面有大量三棱锥晶体构成。不同于1.5sccm涂层,3sccm涂层晶体表面光滑,台阶和褶皱很少。由横截面可知,涂层由纤维结构转交为晶柱结构,且晶粒之间存在明显空隙,涂层结构疏松。当氦流量为6 sccm一10sccm。涂层表面形貌和结构类似3sccm涂层,但仔细观察,除了三棱锥晶体外,晶体表面平行基体表面的形象出现并逐渐增多。当氮流量为15sccm,大部分晶体表面平行基体表面,只存在少量三棱锥晶体涂层。当氮流量为30sccm,涂层表面晶粒已经看不到明显的棱边和棱角的结构,而是呈现出一种胞状形貌,并且排列很紧密。当氮流量为45sccm,涂层表面仍然为包状结构,但是表面粗糙度明显增加,晶粒之间出现空隙。氮流量为60sccm,涂层表面粗糙度进一步增加,表面晶体由胞装结构转变为尖塔结构,且晶粒之间存在明