TiN/AlN纳米多层膜的研究

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摘　要：采用反应溅射法制备了TiN/AlN纳米多层膜，并通过XRD，HREM和显微硬度计对多层膜的调制结构和力学性能进行了研究。结果表明：TiN/AlN纳米多层膜有较好的调制结构。小调制周期时，AlN调制层以FCC结构在TiN调制层上外延生长。调制周期增大，AlN调制层中出现六方晶型。TiN/AlN的显微硬度随调制周期的减小单调上升，并在调制周期?=2nm时达到最高值HK3293。硬度的增高极有可能是小调制周期时立方AlN的形成所致。
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9 @& |# y% y# I7 g& E关键词　纳米多层薄膜；反应溅射；调制结构；显微硬度

中图分类号　O484　文献标识码　A

2 `2 K6 B, Z1 @3 n  L' r9 s7 U文章编号　1001-4381(1999)11-0006-04
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1 \- q6 ]% K) |$ A( V7 QA Study of TiN/AlN Nano Multilayers

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6 G3 l9 T  q+ E  yAbstract：TiN/AlN nano-multilayers were fabricated by reactive sputtering method. The microstructure and mechanical properties were determined by XRD, HREM and microindentor respectively. The results show that TiN/AlN nano-multilayers have a good periodic modulation structure. AlN layers grow epitaxilly on the TiN layers as FCC structure in nano-multilayer with short modulation wavelength. However, hexagonal crystals appear in AlN layers with modulation wavelength increasing. The microhardness of TiN/AlN nano-multilayers increases with reduction of their modulation wavelength and reaches the maximum value HK3293 at ?=2nm.

Key words：nano-multilayers; reactive sputtering; modulation structure; microhardness


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, K+ E1 V: A( C2 D6 ?) ^　　纳米多层膜由于其超模量、超硬度效应成为近年来薄膜研究的热点之一。根据对大量多层膜系统的研究结果，人们对纳米多层膜超模量和超硬度效应在材料学理论范围提出了不少比较合理的解释。其中Koehler［1］早期提出的高强度固体的设计理论及后来的量子电子效应、界面应变效应、界面应力效应等从不同角度对纳米多层膜的力学性能进行了解释［2，3］，但这些理论均不能完全解释在实验中观察到的现象。
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% j: C' x# L# Z6 F8 ^5 w+ \　　本工作选用TiN和AlN纳米多层膜系统研究纳米多层膜的力学性能与微结构，并探索两者之间的内在联系。TiN为金属键化合物，具有较高的硬度，是一种应用广泛的硬质薄膜材料；AlN为共价键化合物，有六方以及面心立方（亚稳态）两种晶形，具有较好的高温和化学稳定性，在空气中温度为1000℃以及在真空中温度达到1400℃时仍可保持稳定。TiN和AlN两材料弹性模量相差较大，根据Koehler的理论，由两种模量相差大的材料制成的纳米多层膜有望获得较高的力学性能。
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9 d' j! g  k! ~1 N4 r8 J: w      详细内容请参看：http://nanotech.com.cn/nmkg/pl/991102.htm
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