1、東南大學博士學位論文磁控濺射法TiAlCN系涂層制備及其結構與性能研究姓名:張旭海申請學位級別:博士專業:材料加工與工程指導教師:蔣建清20090527 東南大學博士論文II_ iIIIIIII II一II lllliT-II III IIIIII圖3.7為不同氮流量下11N涂層XRD圖譜。當氮流量為1sccm,XRD圖譜存在(111、(200、(220、(311和(222等衍射峰,其中(111峰相對較高,說明涂層存在少量擇優取向。當氮流量增加至2sccm,XRD圖譜中只出現(111和(222衍射峰,表明涂層完全為(111擇優取向。氦流量進一步增加,(200衍射峰重新出現,相對(111衍射峰,

2、(200衍射峰逐漸增加,同時未見其他晶面衍射峰出現,當氮流量增至15sccm,圖譜只存在(200衍射峰,這表明TiN 涂層完全轉變為(200擇優取向。氮流量繼續增加,11N涂層依然表現為(200擇優取向。圖3-8定量地反映7(111-(200擇優取向轉變規律。在1.5sccm一30sccm范圍內,涂層(111衍射峰的歸一化值迅速由1轉變為0,同時(200衍射峰歸一化值迅速由0轉變為1,在30sccm 一60sccm范圍,涂層的(111和(200衍射峰歸一化值始終保持為0和1。由此可見,氮流量變化導致11N涂層擇優取向經歷三階段:弱擇優取向一(111擇優取向一(200擇優取向,氮流量對WN的擇優

3、取向的影響非常明顯。fluxsccmN2圖38不同氮流量下涂層(111(200晶面衍射峰的演變(serial3Figure3-8Evolution of(111-(200prefer growth with different N2(serial3圖3.9為不同氮流量下涂層表面形貌和橫截面SEM圖片?？梢钥闯?隨著氮流量的增大,薄膜的表面形貌相差很大。當氮流量為1sccm,涂層表面由包狀顆粒構成,顆粒表面沒有明顯的晶體學平面;從表面和橫截面觀察,涂層結構較致密。當氮流量為1.5sccm,涂層表面轉變為類似三棱錐晶體形貌,在每個三棱錐晶體表面存在大量臺階或褶皺結構。從橫截面觀察,涂層為纖維結構,

4、晶粒間界面明顯。當氮流量為3sccm,涂層表面有大量三棱錐晶體構成。不同于1.5sccm涂層,3sccm涂層晶體表面光滑,臺階和褶皺很少。由橫截面可知,涂層由纖維結構轉交為晶柱結構,且晶粒之間存在明顯空隙,涂層結構疏松。當氦流量為6 sccm一10sccm。涂層表面形貌和結構類似3sccm涂層,但仔細觀察,除了三棱錐晶體外,晶體表面平行基體表面的形象出現并逐漸增多。當氮流量為15sccm,大部分晶體表面平行基體表面,只存在少量三棱錐晶體涂層。當氮流量為30sccm,涂層表面晶粒已經看不到明顯的棱邊和棱角的結構,而是呈現出一種胞狀形貌,并且排列很緊密。當氮流量為45sccm,涂層表面仍然為包狀結構,但是表面粗糙度明顯增加,晶粒之間出現空隙。氮流量為60sccm,涂層表面粗糙度進一步增加,表面晶體由胞裝結構轉變為尖塔結構,且晶粒之間存在明