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ZrC/ZrB_2纳米多层膜的微观结构与机械性能的研究

杨瑾  张学华  曹猛  李德军  
【摘要】:本研究选择碳化锆和二硼化锆为个体层材料,利用射频磁控溅射系统在室温下制备具有纳米尺寸的ZrC/ZrB2多层膜。通过XRD、SEM、AES、表面轮廓仪及纳米力学测试系统研究了调制周期与 ZrC、ZrB2单层厚度比例(tZrC:tZrB2)对多层膜生长结构和力学性能的影响。结果表明,多层膜的界面清晰,调制周期性好,大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值都高于两种个体材混合相的值,通过把ZrB2周期性地插入到ZrC层,多层薄膜的整体应力得到缓解,在调制比例tZrC:tZrB2=1:1.7,调制周期为32 nm时,薄膜显示出很强的ZrC(111)择优趋向和较弱的ZrB2(001)及ZrB2(002)结构,同时产生硬度异常升高的超硬效应,其硬度达到42 GPa,划痕测试表明ZrC/ZrB2多层膜的膜基结合强度明显优于单质薄膜的,临界载荷约为73.7 mN。多层膜的机械性能改善明显与其调制结构和多晶结构有着直接的联系。

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