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VNSiO&l;,2&和TiAlNSi&,3&N&,4&纳米多层膜的微结构、超硬效应与高温稳定性.pdf 56页
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VNSiO&l;,2&和TiAlNSi&,3&N&,4&纳米多层膜的微结构、超硬效应与高温稳定性.pdf
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上海交通大学硕士学位论文
和TiAlN/Si N
纳米多层膜的微结构、
超硬效应与高温稳定性
纳米多层膜的高硬度和材料组合的多样性使其在刀具涂层等表面改性领域有
广阔的应用前景,而这类材料通过微结构强化获得高硬度的超硬效应更具理论研究
近年来的研究表明,利用纳米多层膜晶体生长的“模板效应”可以使通常其相
沉积条件下以非晶态存在的材料晶体化,并使多层膜获得超硬效应。然而,采用此
方法获得具有超硬效应纳米多层膜的具体材料组合仍需进行实验探索。另一方面,
由于刀具在服役中要承受很高的温升,纳米多层膜的高温稳定性是这类材料用于生
产的关键性能之一。
本文采用反应溅射方法制备了 VN/SiO2
纳米多层膜,研究了气相沉积时候通常
为非晶态的 SiO
晶体层上的晶化条件以及 VN/SiO
TiAlN/Si N 纳米多层膜的生长结构,超硬效应和强化机制;考察了 TiAlN/Si N
层膜的高温稳定性。
研究结果表明:
1.用V 靶和SiO
混合气氛中进行反应溅射可以方便地制备VN/SiO
纳米多层膜。在由此制备的VN/SiO
纳米多层膜中,通常以非晶态存在的SiO
厚度小于约 1nm 时,因VN 晶体层模板效应而晶化为NaCl 结构的赝晶体,并与VN
层形成具有明晰界面的共格外延生长结构的柱状晶,多层膜呈现强烈的(200)织
上海交通大学硕士学位论文
构。相应地,多层膜的硬度得到显著提高,最高硬度达到34GPa。随着SiO
的进一步增加,SiO
层逐渐转变为非晶态,破坏了多层膜的共格外延生长,其硬度
也随之降低。
VN 层厚度的增加对纳米多层膜的生长结构影响不明显,多层膜随着VN 厚
度的增加仍保持共格外延生长方式,多层膜的硬度增量逐步减小,至 VN
37nm 时,多层膜的硬度与 VN 单层膜相当。由于反应溅射 VN 具有很高的沉积效
率,利用在Ar-N2 气氛中制备高硬度氮化物/氧化物纳米多层膜方法具有广阔的工业
应用前景。
3. 在TiAlN/Si N
纳米多层膜中,NaCl 结构的TiAlN 模层可以使Si N
0.9nm 时形成晶体态,并与晶体层形成共格外延生长结构,TiAlN/Si N
多层膜产生
拉压交变的应力场,其硬度相应得到提高,最高硬
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