[發明專利]一種塑性提升的納米晶薄膜制備方法

有效

• 申請號: 201810326643.3
• 申請日: 2018-04-12
• 公開（公告）號: CN108468032B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 黃平;朱婧;王飛;徐可為
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

本發明公開了一種塑性提升的納米晶薄膜制備方法，包括：采用磁控濺射法，在納米晶中引入非晶層，形成納米晶/非晶層交替的多層結構，獲得塑性提升的納米晶薄膜。本發明采用磁控濺射，在基底上交替沉積納米晶和較薄的非晶，形成多層結構薄膜，其制備出的納米晶薄膜在具有高強度的同時，兼具了更好的塑性，力學性能更加優異；薄膜結構致密，界面清晰，可以很容易實現單層厚度尺寸的調控，為納米晶薄膜塑性的提升提供了新的方法。

技術領域

本發明屬于材料制備技術領域，特別涉及一種納米晶薄膜的制備方法。

背景技術

與傳統晶體材料相比，納米材料具有高強度，高比熱，高電阻等一系列獨特的性能，并且在磁、光、電敏感性等方面的性質往往與其在粗晶狀態時表現出來的不同。這些性能使得納米材料已經廣泛地應用于微電子、機械制造和航天航空等重要領域。

納米晶金屬材料具有比粗晶更高的晶界密度，這些晶界的存在使其具有更優越的力學性能，如高強度，高耐磨性及抗疲勞性能等，但納米晶金屬晶粒內部的位錯密度遠小于粗晶金屬，尤其當其晶粒尺寸減小至～20nm時，晶粒內部幾乎沒有位錯存在，其形變機制也由位錯主導轉變為晶界主導，使納米晶金屬的塑性嚴重下降，限制了納米晶金屬材料的工程應用。因此提高納米晶合金塑性的研究具有重要的工程意義與科學意義。

在以往的研究中，通過改變納米晶金屬材料的晶粒分布及形態使其塑性得到了一定的提高。具體來講，主要包括制備具有雙峰晶粒尺寸分布的材料和制備含有大量孿晶的材料，但這些方法仍存在一定的缺點以及局限性。對于晶粒尺寸雙峰分布的金屬和合金材料，塑性和強度都有一定的提高。在這類材料中，微米尺寸的晶?？梢砸种屏鸭y的產生和增殖，納米尺寸的晶粒可以提升強度和硬度。但是在這些材料中由于微米級的晶粒的存在，其強度僅能得到有限的提升。對于孿晶，可分為生長孿晶與形變孿晶兩種類型。生長孿晶受到基體層錯能的限制，很難在層錯能較高的材料中形成；對于形變孿晶，當晶粒尺寸小于某一臨界值時，其形變將由晶界發射位錯機制主導轉變為由晶界運動主導，此時晶界難以發射形成孿晶所需要的不全位錯，難以形成形變孿晶。因此制備含有大量孿晶的納米晶材料仍具有一定的局限性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種塑性提升的納米晶薄膜制備方法，以制備具有高強度的同時，兼具了更好塑性的納米晶薄膜。本發明方法采用磁控濺射，在基底上交替沉積納米晶和較薄的非晶，形成多層結構薄膜，其制備出的納米晶薄膜在具有高強度的同時，兼具了更好的塑性，力學性能更加優異。薄膜結構致密，界面清晰，可以很容易實現單層厚度尺寸的調控，為納米晶薄膜塑性的提升提供了新的方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種塑性提升的納米晶薄膜制備方法，包括：采用磁控濺射法，在納米晶中引入非晶層，形成納米晶亞層/非晶亞層交替的多層結構，獲得塑性提升的納米晶薄膜。

進一步的，納米晶亞層的材質為Cu，非晶亞層的材質為CuZr。

進一步的，納米晶亞層/非晶亞層交替的多層結構中最底層為非晶亞層。

進一步的，多層結構中納米晶亞層厚度大于非晶亞層厚度。

進一步的，每層納米晶亞層的厚度為40nm，每層非晶亞層的厚度為10nm。

一種塑性提升的納米晶薄膜制備方法，具體包括以下步驟：

1)將單面拋光單晶硅清洗干凈后放入超高真空磁控濺射設備基片臺上，準備鍍膜；

2)將需要濺射的納米晶亞層靶材和非晶亞層靶材安置在靶材座上；

3)硅片濺射沉積時，納米晶亞層選擇直流電源濺射，非晶亞層采用射頻電源濺射；先在硅基體上用射頻電源鍍一層非晶亞層，之后在上面用直流電源鍍一層納米晶亞層，這樣交替沉積納米晶亞層/非晶亞層，最終達到所需的厚度。