AlCr靶高电流脉冲电弧放电及AlCrN薄膜沉积

摘要

薄膜技术广泛应用在传统制造业，可以有效提高材料表面的硬度、摩擦性能、耐腐蚀性等。真空阴极电弧沉积具有离化率高和沉积速率大的特点，但在膜层表面不可避免的存在大颗粒。阴极脉冲弧源可以显著降低大颗粒数量并提高离化程度，直流组合脉冲弧可保持电弧稳定。本文通过真空阴极脉冲弧离子镀技术增强真空室内气体离化，增大基体电流，以制备高性能AlCrN薄膜。
　　AlCr靶放电特性实验结果表明，脉冲电源获得基体电流要远高于直流电源。随着脉冲峰值电流的提高，基体偏流增加；当偏压增加时，基体偏流稍稍增加；基体偏流随气压的增加而减少。光谱特性结果表明，随峰值电流的提高，粒子特征谱线强度更高；随偏压的增加，粒子特征谱线强度稍稍增大；随气压的提高，金属粒子光谱峰强度减弱，气体粒子谱线强度增加。
　　分别通过高电流脉冲电弧源和传统直流电弧源制备AlCrN薄膜，研究峰值电流和气体压力对AlCrN薄膜组织结构及机械性能的影响，如表面截面形貌、相组成、纳米硬度、膜基结合力。表面截面形貌显示，脉冲弧源制备薄膜表面形貌更好、组织更加致密。随脉冲峰值电流的增大、气压的升高，大颗粒的尺寸减小；随着脉冲峰值电流的增加、气压的升高，组织变得致密，晶粒细小。但脉冲频率增加会使表面大颗粒数量及尺寸增多，柱状晶组织变疏松。薄膜的XRD相分析结果显示，脉冲弧源制备薄膜衍射峰更明显。薄膜生长的择优取向为(111)、(311)及(200)。
　　脉冲电弧制备薄膜的显微硬度和膜基结合力明显优于直流电弧制备的薄膜性能。在偏压-40V、线圈电流为0.5A，脉冲电流频率在20kHz、N2气压为3.0Pa的条件下，获得综合性能最好AlCrN薄膜。

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 多弧离子镀原理及特点

1.3 阴极脉冲电弧离子镀研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 多功能离子镀系统

2.2 实验材料

2.3 放电实验

2.4 实验工艺设计

2.5 组织结构及性能分析方法

第3章 AlCr靶脉冲电弧放电特性的研究

3.1 氩气条件下峰值电流的影响

3.2 氮气条件下峰值电流的影响

3.3 氩气条件下偏压的影响

3.4 氮气条件下偏压的影响

3.5 氩气条件下气压的影响

3.6 氮气条件下气压的影响

3.7 本章小结

第4章 AlCr靶脉冲电弧放电光谱特性的研究

4.1 氩气条件下峰值电流的影响

4.2 氮气条件下峰值电流的影响

4.3 氩气条件下偏压的影响

4.4 氮气条件下偏压的影响

4.5 氩气条件下气压的影响

4.6 氮气条件下气压的影响

4.7 本章小结

第5章 脉冲电弧制备AlCrN薄膜结构性能的研究

5.1 AlCrN薄膜的表面形貌

5.2 AlCrN薄膜的截面形貌

5.3 AlCrN薄膜XRD相结构分析

5.4 AlCrN薄膜膜基结合力

5.5 AlCrN薄膜纳米硬度

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢