利用离子束辅助沉积技术合成ZrB2／AlN纳米多层膜的研究

【摘要】：纳米多层硬质薄膜的合成是目前材料科学和表面工程研究的热点之一,与单组分薄膜相比,纳米多层薄膜的硬度、韧性、抗氧化性能及耐腐蚀等机械性能和摩擦磨损性能明显改善,特别是过渡金属硼化物和氮化物本身就具有这方面的优势,由它们相互之间组成的纳米多层膜必将也存在高模量效应和高硬效应。离子束辅助沉积(IBAD)技术是集薄膜沉积和离子注入于一体的制膜技术,它具有膜基结合力强、膜层致密、可控性好等独特的优点,成为一种常用的物理气相沉积方法。本研究利用离子束辅助沉积系统合成一系列ZrB2/AlN纳米多层薄膜,利用XRD、纳米力学测试系统和多功能材料表面性能实验仪分析了辅助轰击能量、基底温度、以及调制周期对薄膜的微结构和机械性能的影响。结果表明:多层膜都显示了尖锐的ZrB2 (001)和AlN(111)择优取向,且衍射峰普遍宽化,大部分多层膜的纳米硬度与弹性模量值都高于两种个体材料硬度的平均值,同时摩擦系数及膜基结合力等性能均得到明显改善。这些改善的程度明显依赖于轰击能量、基底温度、以及多层膜的调制周期。