【摘要】：氮化鈮(NbN)薄膜是一種硬質(zhì)過渡金屬氮化物(TMN)薄膜,具有高硬度,高耐磨性,高熔點和高化學穩(wěn)定性等優(yōu)點,其在金屬切削和保護涂層等方面具有廣泛的應(yīng)用。本文采用射頻磁控濺射技術(shù)制備了未摻雜和金屬摻雜的NbN薄膜。利用X射線衍射(XRD),能量色散X射線光譜(EDX),掃描電子顯微鏡(SEM),納米壓痕儀,高溫摩擦磨損實驗機分別對NbN薄膜的微觀結(jié)構(gòu),組成成分,表面形貌,機械和摩擦學性能進行了研究。首先,采用射頻磁控濺射技術(shù)制備了未摻雜的NbN薄膜。XRD測試結(jié)果表明,在襯底溫度低于300℃的情況下,NbN薄膜沒有明顯的衍射峰,薄膜結(jié)晶性較差;當襯底溫度升高到500℃,NbN薄膜沿(200)方向具有良好的生長趨勢,薄膜結(jié)晶質(zhì)量良好;隨著氬氣與氮氣比率的降低,薄膜的結(jié)晶性逐漸增強,在氬氮比為20:4時,(200)方向衍射峰最高,薄膜結(jié)晶性最好;濺射壓強也對薄膜的結(jié)晶性有較大的影響,隨著壓強的降低,薄膜的結(jié)晶性逐漸增強,在壓強為0.4 Pa時具有最好的結(jié)晶性;通過改變?yōu)R射功率我們得知,隨著濺射功率的增加,薄膜的結(jié)晶性逐漸增強。最佳結(jié)晶性的NbN薄膜的硬度僅為5.3 GPa,具有較高的摩擦系數(shù),其值為0.73,磨損率較高達到3.3×10~(-6) mm~3/Nmm。其次,采用射頻和直流磁控共濺射技術(shù)制備了 Ti摻雜NbN(Ti:NbN)三元薄膜以及Y-Ti共摻雜NbN(Y-Ti:NbN)四元薄膜。XRD測試結(jié)果表明,隨著Ti摻雜功率從15 W逐漸升高到40 W,(200)方向的衍射峰強度先增加后下降,薄膜的結(jié)晶性先增加后降低。當摻雜功率為20 W時,衍射峰強度最大,薄膜的結(jié)晶性最好。隨著摻雜功率增加,薄膜的硬度先增大后減小,在摻雜功率為30 W時具有最大的硬度值20.4 GPa。摩擦系數(shù)逐漸下降,而磨損率表現(xiàn)出相同的下降趨勢。對于N bN(Y-Ti:NbN)四元薄膜,在摻雜功率為30 W時具有最大硬度,達到25.3 GPa,而摩擦系數(shù)隨摻雜功率的增加呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢,在摻雜功率為40 W時具有最小的摩擦系數(shù)0.29,此時的磨損率為2.38 × 10~6 mm~3/Nmm。除此之外,通過三元Ti:NbN薄膜與四元Y-Ti:NbN薄膜的性質(zhì)對比,表明適量Y的摻入能夠有效地提高NbN薄膜的機械及摩擦學性能。
【圖文】：

第一章緒論逡逑ｂＮ的基本特性逡逑鈮（ＮｂＮ）屬于典型的氯化鈉型晶體結(jié)構(gòu)，立方相氮化鈮的晶體結(jié)構(gòu)氮化鈮薄膜包括面心立方，四方晶相，六方晶相，各個結(jié)構(gòu)的特性。在諸多ＮｂＮ結(jié)構(gòu)中，立方氮化鈮表現(xiàn)出優(yōu)異的特性。因此，本論為立方氮化鈮。從晶體結(jié)構(gòu)示意圖可以看出，氮原子位于六個等距中心，同樣，鈮原子也位于六個等距離的氮原子中心，屬于典型的。逡逑

圖２．２：邋ＸＲＤ晶體衍射示意圖逡逑而發(fā)生干涉作用，在衍射過程中滿足布拉格衍射方程％１：逡逑２ｄ邋ｓｉｎ邋９邋＝邋ｎ＼邋，邐（２．１）逡逑其中Ａ為Ｘ射線波長，０為布拉格角，ｎ取整數(shù)為衍射級數(shù)（ｎ＝ｌ，２，，邋３．．．）。逡逑７逡逑
【學位授予單位】：延邊大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB383.2;TQ135.12

【參考文獻】

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1 孫淵;張棟;午麗娟;王慶明;;材料殘余應(yīng)力對硬度測試影響程度的分析[J];華東理工大學學報(自然科學版);2012年05期

2 丁志博;姚淑德;王坤;程凱;;Si(111)襯底上生長有多緩沖層的六方GaN晶格常數(shù)計算和應(yīng)變分析[J];物理學報;2006年06期

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1 曹英杰;氮化鈮薄膜及其納米線超導(dǎo)性能研究[D];蘇州大學;2017年

2 劉倩;磁控濺射法制備氮化鈦薄膜及其結(jié)構(gòu)與電性能研究[D];南昌大學;2009年

本文編號：2686728