直流反应磁控溅射在3003铝箔表面制备薄膜的研究(2)

2009-09-05 黄晓辉 郑州大学材料物理教育部重点实验室

2.3、硬度分析

  采用HXD-1000显微硬度仪,对每个样品表面测量6个点。一般情况下,晶粒尺寸减小会增加其硬度。表1 为表面制备薄膜后维氏硬度值,3003铝箔原始面维氏硬度平均值52.0HV,经过表面制备AlMo3、Al3Mo 薄膜后维氏硬度平均值68.0HV,经过表面制备TiAl,(Ti,Al)N薄膜后维氏硬度平均值73.4 HV,可见3003铝箔经过表面制备后表面硬度都提高40%左右。

表1 表面制备薄膜后维氏硬度值(HV)

表面制备薄膜后维氏硬度值(HV)

  采用OLYMPUS BX51金相显微镜对压痕部位进行分析,图3为压痕部位的金相显微镜观察的照片。由图3可见经过表面制备AlMo3、Al3Mo薄膜和TiAl, (Ti,Al)N薄膜的压痕周边部位均未出现撕裂和裂纹,可见薄膜与基体的结合良好。

金相显微镜观察的压痕照片

图3 金相显微镜观察的压痕照片

2.4、薄膜厚度分析

  采用TT260 Coating thickness gauge 薄膜测厚仪器对每个面测量10 个点。表2 为表面制备薄膜后涂层表面厚度值,可见3003 铝箔表面经过制备AlMo3、Al3Mo 薄膜后测厚平均值为3.3 μm,经过表面制备TiAl, (Ti,Al)N 薄膜后测厚平均值为2.6 μm,表明铝箔经过表面制备表面厚度增加。虽然直流磁控溅射钛靶的时间相对直流磁控溅射钼靶的时间短,但钼的溅射产额高于钛。

3、分析及讨论

  金属与金属结合是当今金属间化合物研究的热点,被认为是最有应用潜力的新一代结构材料。Al-Mo晶粒致密均匀,能明显细化薄膜表面相,TiAl 是一种新兴的金属化合物结构材料,硬度和耐磨性能高,能强化膜层并使膜层致密,(Ti,Al)N 具有良好的抗热疲劳性能和抗高温氧化性能。经过实验比较发现,在上述直流反应磁控溅射工艺参数下,在3003铝箔表面制备薄膜时,溅射靶分别选用高纯金属钼靶和钛靶时制备的薄膜表面晶粒细小且均匀分布,膜层都未出现龟裂现象,铝箔表面沉积的薄膜与基底存在着化学键合反应,结合良好,薄膜表面显微硬度比原始表面均提高40%左右,薄膜表面均具备一定耐磨性。钛靶比钼靶溅射出的晶粒相对致密,晶粒更细小均匀,细小的晶粒使3003 铝箔表面均具备一定光泽度,溅射制备出的薄膜表面微观颗粒越细,其比表面积越大,作为超细颗粒和纳米材料重要特征之一的比表面积的增加,对铝箔材料静电容量也就是比容的增加有利,主要满足3003铝电容器所需原始铝表面具备较高比表面积的要求。从表面涂覆厚度可见,钼的溅射产额高于钛。总体来说,对3003铝箔选用钛靶溅射出的含TiAl、(Ti,Al)N 薄膜和选用钼靶溅射出的含AlMo3、Al3Mo薄膜均能在一定程度上提高铝箔表面的性能和质量,满足采用3003铝箔进一步制作相关电子材料、建筑材料等的要求。

4、结论

  (1) 在3003铝箔薄膜表面主要制备的AlMo3、Al3Mo 薄膜和TiAl、(Ti ,Al )N薄膜, 与基底结合良好, 表面显微硬度比原始面提高40%左右;

  (2) 在3003铝箔表面主要制备的AlMo3、Al3Mo 薄膜和TiAl、(Ti,Al)N薄膜都能提高3003铝箔表面光泽度,增大铝箔单位比表面积;

  (3) 在3003铝箔薄膜表面制备薄膜时,钼的溅射产额远高于钛。