U及Si基表面TiAl薄膜的制備及組織結(jié)構(gòu)研究

　　利用Gibbs自由能判據(jù)計(jì)算了室溫和1000 K 溫度下TiAl 體系非晶形成成分區(qū)間。計(jì)算結(jié)果表明,TiAl 非晶形成區(qū)間為10%~ 80%( 原子比)Ti。在計(jì)算結(jié)果的指導(dǎo)下, 設(shè)計(jì)薄膜的成分區(qū)間, 利用非平衡多靶濺射沉積開(kāi)展了TiAl 非晶薄膜在Si 和U 基上的形成研究。實(shí)驗(yàn)在不同脈沖偏壓、沉積速率、基體初始溫度下進(jìn)行, 薄膜組元成分通過(guò)不同靶材的沉積速率來(lái)控制完成。利用X 射線衍射、掃描電鏡、俄歇分析譜儀分析了薄膜的組織結(jié)構(gòu)、表面及界面形貌和成分區(qū)間。結(jié)果表明, TiAl 體系在U 基上未能獲得非晶薄膜, 而在Si 基上獲得了非晶薄膜。所選工藝下, Si 基上TiAl 非晶薄膜形成的成分區(qū)間為25%~ 40%Ti, 60%~ 75%Al。為了能在U 基上獲得非晶薄膜, 加入了第三組元Ni, 成功地獲得了TiAlNi 非晶薄膜。

　　非晶態(tài)合金即金屬玻璃, 是一種亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu), 具有短程有序, 長(zhǎng)程無(wú)序的特征, 固態(tài)時(shí)其原子的三維空間呈拓?fù)錈o(wú)序排列, 并在一定范圍內(nèi), 這種狀態(tài)保持相對(duì)穩(wěn)定。由于非晶態(tài)合金不存在通常金屬所具有的晶粒邊界, 因而具有一系列獨(dú)特的性能。非晶態(tài)合金具有優(yōu)異的軟磁性能, 顯微結(jié)構(gòu)的均勻及磁各向異性的缺乏, 造成了其低的矯頑力和低磁滯損耗的特點(diǎn)。由于缺乏滑移系, 非晶態(tài)合金的機(jī)械性能與一般金屬具有很大的不同。在高溫下會(huì)產(chǎn)生粘滯流現(xiàn)象, 為超塑性成型提供了可能, 變形時(shí)無(wú)加工硬化現(xiàn)象, 并且具有很高的屈服強(qiáng)度。非晶態(tài)合金的一個(gè)非常重要的性質(zhì)是超強(qiáng)的抗腐蝕性, 良好的耐磨性, 它可以作為非常好的薄膜材料來(lái)抵惡劣的環(huán)境。利用非晶態(tài)合金的這些性能, 將其薄膜化, 獲得的非晶薄膜在許多領(lǐng)域有重要的應(yīng)用前景。該工作選用金屬U 作為基體材料, U 具有獨(dú)特核性能使其廣泛地應(yīng)用于國(guó)防和核能工程等領(lǐng)域。但U 化學(xué)性質(zhì)非�；顫�, 即使在自然環(huán)境中也易發(fā)生腐蝕, 希望通過(guò)實(shí)驗(yàn)在U 基材料表面獲得非晶薄膜, 提高其抗腐蝕性能。主要針對(duì)不同的基體材料(U 和Si) 、偏壓、沉積速率、溫度, 研究鈦基非晶體的形成能力和成分范圍。

3、結(jié)論

　　(1) 利用非平衡多靶濺射沉積方法, 在計(jì)算結(jié)果的指導(dǎo)下, 設(shè)計(jì)的薄膜成分期間, 通過(guò)不同靶材的沉積速率來(lái)完成薄膜成分控制。在不同基體材料、脈沖偏壓、沉積速率、基體初始溫度下制備了TiAl, TiAlNi 薄膜。TiAl 體系在Si 基上、TiAlNi 在U 基獲得了非晶薄膜, 其它為晶化薄膜。

　　(2) 在所選工藝下, Si 基上TiAl 非晶薄膜形成的成分區(qū)間為25%~ 40%Ti, 60% ~ 75%Al;

　　(3) 非晶薄膜的形成不但與組元體系的生成熱力學(xué)、鍍膜工藝有關(guān), 同時(shí)還與基體的晶體結(jié)構(gòu)有關(guān), 而且U 表面難以獲得TiAl 非晶體薄膜。