磁控溅射TiNiCu形状记忆合金薄膜的研究

摘要

本文采用射频磁控溅射法制备了TiNiCu形状记忆合金薄膜，并对溅射功率和溅射压强对薄膜表面形貌的影响进行了较为系统地分析，优化了溅射工艺参数，同时又系统地分析了薄膜晶化热处理后的相变点、相变滞后，并且测试了薄膜的驱动能力。通过制备薄膜和对薄膜组织性能的研究，目的是为了获得驱动能力强、驱动效果明显且响应速度快的形状记忆合金薄膜，而该种薄膜材料有望成为徼系统驱动器的理想材料。
　　该论文中利用原子力显微镜(AFM)以及扫描电子显微镜(SEM)对薄膜的表面形貌、表面质量进行了分析;采用X射线衍射对薄膜的成分及薄膜组织结构进行了分析;并通过DSC法对薄膜的相变点、相变滞后进行了测定;获得以下结果。
　　(1)靶材中各元素的溅射阈值及溅射率的不同使得实验中获得的TiNiCu薄膜中的各元素成分比例相比于靶材有一定的偏差，Ti的溅射率较小，因此，在实验过程中除了要在等原子比的TiNi靶材上加纯Cu片以外，还需要添加一定量的纯Ti片。通过对靶材成分的调整，获得了原子百分比为Ti∶ Ni∶ Cu=49∶47∶4的薄膜。
　　(2)对不同溅射参数下的TiNiCu薄膜的表面形貌进行分析，通过AFM和SEM进行观察发现，薄膜的表面粗糙度随溅射功率的增加而增加，随着溅射压强的增加而减小;薄膜的厚度随着溅射功率先增加在减小。并对溅射工艺参数进行了优化，优化溅射参数后获得的薄膜质量良好。
　　(3)优化溅射工艺参数后的薄膜在650℃下真空退火1h后完全晶化。DSC分析结果为Ms为331K，Mf为318K，As为329K, Af为340K相变滞后为11K，薄膜的相交滞后明显变小，薄膜在室温下处于马氏体相。并且在温度达到相交点温度时薄膜发生形变，且形变效果明显。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 形状记忆合金的发展与应用

1．1．1 形状记忆合金的发展

1．1．2 形状记忆合金的应用

1．1．3 形状记忆合金的性能与特点

1．2 TiNiCu形状记忆合金薄膜的发展与应用

1．2．1 TiNiCu形状记忆合金薄膜的制备方法

1．2．2 溅射工艺参数对TiNiCu薄膜的影响

1．3 TiNiCu形状记忆合金薄膜的相变行为及力学性能

1．3．1 TiNiCu形状记忆合金薄膜的相变过程

1．3．2 TiNiCu合金薄膜的力学性能

1．4 选题意义和研究目的

1．4．1 选题意义

1．4．2 研究目的及论文的主要内容

第2章 实验材料及实验方法

2．1 薄膜制备

2．1．1 基片的选择与预处理

2．1．2 靶材设计及准备

2．1．3 薄膜制备的工艺流程

2．1．4 薄膜的晶化退火工艺

2．2 薄膜分析测试方法

2．2．1 扫描电子显微镜

2．2．2 原子力显微镜

2．2．3 X射线衍射分析

2．2．4 DSC差式扫描量热仪

2．3 本章小结

第3章 靶材成分调整和薄膜溅射工艺参数的优化

3．1 引言

3．2 样品制备及实验过程

3．3 靶材成分的调整及实验结果分析

3．4 TiNiCu薄膜溅射工艺参数的优化

3．4．1 溅射压强的优化

3．4．2 溅射功率的优化

3．4．3 本底真空度

3．4．4 靶材与基片的距离

3．4．5 Ar气流量

3．5 优化溅射参数后TiNiCu薄膜表面和截面形态分析

3．4 本章小结

第4章 实验结果分析

4．1 引言

4．2 实验结果分析

4．2．1 薄膜的XRD分析

4．2．2 薄膜的DSC测试分析

4．3 薄膜驱动特性分析

4．3．1 实验过程

4．3．2 结果分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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