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TiN薄膜是目前工业研究和应用最为广泛的薄膜材料之一,其高硬度、低摩擦系数等优良的综合力学性能,被广泛用做工模具、刀具等耐磨改性层;TiN薄膜呈金黄色,广泛用于建筑玻璃、牌匾等工艺品装饰镀层;薄膜良好的导热、导电性能,可用于电子行业中的家用电器、半导体集成电路等。
本文采用直流反应磁控溅射法分别在玻璃片和金属片上制备了TiN薄膜,研究了制备工艺条件与薄膜性能之间的关系。通过改变Ar气和N<,2>的流量控制溅射压强;改变溅射靶的功率、N<,2>流量、衬底温度等条件,研究工艺条件对膜层成分及性能的影响,从而制备出了具有优异装饰性、低摩擦系数和高硬度的TiN薄膜。
研究结果表明:直流反应磁控溅射方法在玻璃基片和金属基片上均可以获得表面光亮、颜色金黄的TiN镀层。用X射线衍射(XRD)研究了TiN薄膜的晶体结构及成分,所制备的薄膜都具有(111)取向,TiN薄膜为fcc NaCl型结构。
用扫描电镜(SEM)观察了TiN薄膜的表面形貌,当衬底温度达到300℃时,TiN薄膜晶粒比较致密均匀,没有较大的缺陷;用紫外可见分光光度计测试了TiN薄膜对光的透光率和吸光度,当TiN薄膜较薄时,在可见光区有较高的透光率,最高可达85%以上,同时在近红外的透光率很低,TiN薄膜的吸光度则随着薄膜厚度的增加而变大。
按CIE(国际照明委员会)标准色度系统中的RGB和Lab两种方法对所制备的TiN薄膜进行了颜色分析,所测得的TiN薄膜的RGB和Lab值分别为(244,227,41)和(90,-7,82),接近金黄色标准值;
用显微硬度仪测试了TiN薄膜的显微硬度,硬度值最高可达2210Hv,分析了TiN薄膜的表面粗糙度,TiN薄膜在各方向上分别均具有一致的纹理形貌,最小Ra=0.048μm;Rq=0.071μm,最好的纹理度S<,tr>为0.631;并分析了TiN薄膜的耐腐蚀性,在溅射功率为4Kw时的薄膜的阻抗较大,有较小的腐蚀电流,具有很好的耐蚀性。