吴莹
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赵文济
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孔明
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黄碧龙
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李戈扬
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2008.00562
采用反应磁控溅射法制备了一系列不同SiO2层厚的AlN/SiO2纳米多层膜, 利用X射线衍射仪、高分辨透射电子显微镜、扫描电子显微镜和微力学探针表征了多层膜的微结构和力学性能, 研究了多层膜微结构与力学性能随SiO2 层厚的变化, 考察了AlN/SiO2 纳米多层膜的高温抗氧化性. 结果表明, 受AlN层晶体结构的模板作用, 溅射条件下以非晶态存在的SiO2层在厚度<0.6nm时被强制晶化为与AlN相同的六方结构赝晶体, 并与AlN形成共格外延生长结构, 多层膜相应产生硬度升高的超硬效应. SiO2随自身层厚的进一步增加又转变为以非晶态生长, 致使多层膜的外延生长结构受到破坏, 其硬度也随之降低. 高温退火研究表明, 高硬度的AlN/SiO2 纳米多层膜的抗氧化温度为800℃, 与AlN单层膜相当. SiO2 层的加入尽管能使多层膜获得较高硬度, 但是并不能提高其抗氧化温度.
关键词:
AlN/SiO2纳米多层膜
,
epitaxial growth
,
superhardness effect
,
oxidation resistance
孔明
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岳建岭
,
李戈扬
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2010.00113
陶瓷纳米多层膜因具超硬效应而成为近年的研究热点. 本文对这类人工材料的研究进展和存在的不足进行了评述, 并展望了进一步研究的方向. 二十年来, 陶瓷纳米多层膜的实验研究已取得明显进展：在微结构特征方面, 两调制层形成共格外延生长结构是纳米多层膜产生超硬效应的必要微结构条件已成为共识; 材料组合方面, 由于模板效应, 不同结构类型的材料, 甚至非晶材料都可在纳米多层膜中形成共格外延生长结构, 高硬度纳米多层膜材料体系已得到大大的拓展. 与此相比较, 对纳米多层膜强化机制和设计准则的研究相对滞后, 仍停留在以金属纳米多层膜基于位错运动受阻于界面的理论解释上. 因而, 建立适合于陶瓷纳米多层膜的强化机制和设计准则; 拓展纳米多层膜的材料组合, 开发以碳化物、硼化物甚至氧化物为基的纳米多层膜将成为进一步研究的方向.
关键词:
纳米多层膜
,
superhardness effect
,
coherent growth
,
template effect
,
hardening mechanism
孔明
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岳建岭
,
李戈扬
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2006.01292
通过对TiN/SiC、TiN/TiB2和TiN/SiO2纳米多层膜微结构和力学性能的研究, 展示了通常溅射沉积态为非晶的SiC、TiB2和SiO2薄膜, 在立方结构的TiN晶体层模板作用下的晶化现象, 以及多层膜由此产生的生长结构和力学性能的变化. 结果表明: SiC在层厚0.6nm时晶化为立方结构后,可以反过来促进TiN/SiC多层膜中TiN层的晶体完整性; TiB2在层厚2.9nm时晶化为六方结构, 并与TiN形成{111} TiN//{0001} TiB2, <100> TiN//<11-20> TiB2 的共格关系; SiO2在层厚0.9nm 时晶化为立方结构的赝晶. 多层膜中SiC、TiB2和SiO2晶化后都与TiN形成共格外延的生长结构, 并相应产生了硬度升高的超硬效应. 随着SiC、TiB2和SiO2层厚的增加, 它们又转变为非晶态, 多层膜的共格外延生长受到破坏, 其硬度亦明显降低.
关键词:
纳米多层膜
,
epitaxial growth
,
crystallization of amorphous
,
superhardness effect
孔明
,
赵文济
,
乌晓燕
,
魏仑
,
李戈扬
无机材料学报
doi:10.3724/SP.J.1077.2007.00539
采用高分辨透射电子显微镜对高硬度的TiN/Si3N4纳米晶复合膜的观察发现, 这类薄膜的微结构与Veprek提出的nc-TiN/a-Si3N4模型有很大不同: 复合膜中的TiN晶粒为平均直径约10nm的柱状晶, 存在于柱晶之间的Si3N4界面相厚度为0.5～0.7nm, 呈现晶体态, 并与TiN形成共格界面. 进一步采用二维结构的TiN/Si3N4纳米多层膜的模拟研究表明,Si3N4层在厚度约<0.7nm时因TiN层晶体结构的模板作用而晶化, 并与TiN层形成共格外延生长结构, 多层膜相应产生硬度升高的超硬效应. 由于TiN晶体层模板效应的短程性, Si3N4层随厚度微小增加到1.0nm后即转变为非晶态, 其与TiN的共格界面因而遭到破坏, 多层膜的硬度也随之迅速降低. 基于以上结果, 本文对TiN/Si3N4纳米晶复合膜的强化机制提出了一种不同于nc-TiN/a-Si3N4模型的新解释.
关键词:
TiN/Si3N4纳米晶复合膜
,
TiN/Si3N4 nanomultilayers
,
interfacial phase
,
crystallization
,
superhardness effect
