[實用新型]多元合金薄膜的制備裝置

有效

• 申請號: 201721521543.3
• 申請日: 2017-11-14
• 公開（公告）號: CN207435536U
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發明（設計）人: 吳曉斌;羅艷;王宇;王魁波;謝婉露;張羅莎;張立佳
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電研究院
• 主分類號: C23C14/28
• 分類號: C23C14/28;C23C14/34;C23C14/14
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 佟林松

本實用新型涉及多元合金薄膜的制備裝置，包括連接有真空泵組的腔室、多個用于盛放高純金屬液的金屬液容器、用于放置沉積基片的可轉動基座、多個產生雙脈沖激光的激光器組、基座控制器和數據采集控制單元，數據采集控制單元采集可轉動基座的溫度和位移信息，并控制脈沖加壓設備的加壓頻率和多個激光器組的雙脈沖激光的射出頻率和能量，從而控制所述雙脈沖激光轟擊對應的脈沖液滴的頻率和能量，實現等離子體薄膜沉積的自動控制。本實用新型的制備裝置，可以快速地制備高低熔點相差較大的多元合金薄膜、多元合金的氣體化合物薄膜、化學成分梯度變化的薄膜和厚度方向合金比例任意變化的多元合金薄膜。

技術領域

本實用新型涉及薄膜制備領域，特別涉及多元合金薄膜的制備裝置。

背景技術

隨著科學技術日新月異的發展，對材料的復合性能提出了越來越高的要求，一方面要求材料具有優良的強韌性、導電導熱性，以承受機械載荷并達到長久使用的目的，另一方面又要求其能耐高溫、耐熱沖擊、耐磨和高硬度等。新型功能薄膜材料應運而生，并得到了前所未有的發展，其中多元合金薄膜(如高熵合金薄膜)因其具有高溫熱穩定性、耐蝕性、高硬度和高抗氧化性等，成為一種極具發展潛力的新興薄膜材料。

在多元合金薄膜的制備及性能研究中，增加或減少某些合金元素比例、改變薄膜成分在厚度方向上的變化規律以及形成多元合金的氮化物或碳化物薄膜等，均會改變薄膜特性或其與基體結合力，使其產生不一樣的性能特點，從而應用于不同的場合。需要一套多元合金薄膜制備裝置，可以任意設計合金成分比例，任意設計薄膜成分在厚度上的變化規律。

目前，多元合金薄膜的制備方法主要有磁控濺射法、電化學沉積法和激光熔覆法等。多元合金常選用Fe、Co、Cr、Ni、W、Mo、V、Mn、Ti、Zr和Cu等高密度過渡族金屬元素作為主元素，這些元素大多具有高熔點；多元合金也摻入一些低熔點的元素，如：Al、Si、C、N和B等。由于合金元素高低熔點相差較大，磁控濺射法往往需要根據熔點范圍制備多個兩元或三元合金靶材，然后對多個靶材同時濺射沉積制備多元合金薄膜。磁控濺射法沉積速率低，所得薄膜成分和預先設計的差異較大。電化學沉積法制備多元合金薄膜需要配置多種電解液，某些元素無法通過電化學沉積在薄膜上，制備過程和膜厚不易控制。激光熔覆法常采用CO2激光器、固體激光器或半導體激光器直接在基體上熔融輸送來的金屬粉末，該方法制備所得涂層與基體附著性差，所得薄膜成分和預先設計的差異也較大，且所得薄膜中往往存在空隙、氣孔等缺陷。

實用新型內容

本實用新型的目的是為解決以上問題的至少一個，本實用新型的目的在于提出一種多元合金薄膜的制備裝置。通過本實用新型的制備裝置，可以快速地制備高低熔點相差較大的多元合金薄膜，如高熵合金薄膜；可以快速制備多元合金的氣體化合物薄膜；可以快速制備化學成分梯度變化的薄膜；可快速制備厚度方向合金成分比例任意變化的多元合金薄膜；使制備得到的合金薄膜成分與預先設計得更加一致。

根據本實用新型，提供一種多元合金薄膜的制備裝置，包括連接有真空泵組的腔室、多個用于容納高純度金屬液的金屬液容器、用于放置沉積基片的可轉動基座、多個產生雙脈沖激光的激光器組、基座控制器和數據采集控制單元。

可轉動基座位于腔室內，多個金屬液容器位于腔室的外部，并與腔室連通，每個金屬液容器均設有脈沖加壓設備，將金屬液以均勻脈沖液滴的形式壓入腔室；多個激光器組與多個金屬液容器一一對應，使得射出的多束雙脈沖激光一一對應轟擊多種脈沖液滴并產生相應的等離子體并濺射沉積在沉積基片上形成多元合金薄膜。

數據采集控制單元采集可轉動基座的溫度和位移信息，并控制脈沖加壓設備的加壓頻率和多個激光器組的雙脈沖激光的射出頻率和能量，從而控制雙脈沖激光轟擊對應的脈沖液滴的頻率和能量，實現等離子體薄膜沉積的自動控制。

基座控制器通過數據采集控制單元收集的基座的溫度和位移信息，控制基座的溫度、自轉和移動。