[發明專利]一種Cu-Mo梯度薄膜材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201810335076.8
• 申請日: 2018-04-15
• 公開（公告）號: CN108504993A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 張昌欽;其他發明人請求不公開姓名
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/35;C23C14/54;C23C14/58
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本發明公開了一種Cu?Mo梯度薄膜材料及其制備方法，所述方法以商業銅箔或鈉鈣玻璃為基底，以高純銅靶材、鉬靶材為濺射材料，高真空多靶磁控濺射設備為制備工具，通過在共濺射沉積的過程中固定銅靶靶位濺射功率、改變鉬靶靶位的濺射功率實現膜材料中銅、鉬相對含量的調節，通過改變共濺射時間來控制制備薄膜的厚度，最終制備了厚度可變的Cu?Mo梯度薄膜材料。本發明所述方法制備流程短、操作簡單，參數控制范圍寬，容易實現，梯度層厚度可隨意控制等特點，具有良好的商業化前景。

技術領域

本發明涉及梯度薄膜材料制備領域，具體涉及一種利用磁控濺射技術制備二元合金梯度薄膜材料的方法，尤其涉及一種利用高真空雙靶磁控濺射制備Cu-Mo梯度薄膜材料的方法。

背景技術

梯度材料是選用兩種(或多種)性能不同的材料，通過連續改變這兩種(或多種)材料的組成和結構使其界面消失，導致材料的性能隨著材料的組成和結構的變化而緩慢變化。由于梯度材料的組分在一定的空間方向上連續變化，不存在明顯界面，所以相鄰層之間性能相似，材料整體的性能呈連續變化。梯度材料可以用作界面層來連接不相容的兩種材料，大大地提高粘結強度，也可以用作界面層減小殘余應力和熱應力，同時消除連接材料中界面交叉點以及應力自由端點的應力奇異性；用梯度材料代替傳統的均勻材料，既可以增強連接強度也可以減小裂紋驅動力。

目前，Cu 基梯度材料主要以Cu 和另一種金屬材料制成。制備Cu基梯度材料的方法較多，如放電等離子燒結、熱壓燒結、電沉積、氣相沉積和自蔓延高溫合成法等。通過不同方法將銅和另一種材料疊層合成得到梯度材料，使得材料既具備高的機械強度和良好的韌性，又具有良好的摩擦學性能和導電性，作為電力機車從接觸網線導入電能的滑板材料具有很好的應用背景。同時，作為梯度材料，這兩種材料之間的結合面呈逐漸過渡，面與面之間的成分變化較小，有效降低了兩側之間的熱應力，減小了材料在使用過程中由于熱應力不匹配而造成裂紋產生的幾率，延長了材料使用壽命。

隨著全球經濟的快速發展，在石油、化工、能源、電力、冶金、航空航天等工業中，存在大量在高溫、腐蝕等惡劣環境下使用的摩擦運動副零部件，不僅要求材料具有良好的耐磨性，耐蝕性和抗氧化能力，還需要有優異的強韌性。而性質均一的單一材料，往往難于滿足上述具有多種應用要求的領域。

磁控濺射技術是將欲沉積成膜的材料制成靶材置于濺射沉積系統的陰極，待濺射系統抽至高真空后充入氬氣和特定反應氣體（可以沒有反應氣體）；氣體在高壓下電離形成的等離子體在電場和交變磁場的作用下被加速，轟擊靶材表面致使靶材表面的原子脫離原晶格逸出，轉移到陽極樣品臺的基體表面而沉積成膜。磁控濺射的特點是成膜速率高，基片溫度低，膜的粘附性好，可實現大面積鍍膜。通過在不同的靶位安裝不同材質的靶材，利用多靶磁控濺射，就可獲得不同組元的膜材料。用該方法制備的薄膜材料中組元的相對含量與不同靶位靶材在基底上的沉積速率有關。而某種組元的沉積速率取決于該組元本身的性質、所在靶位的濺射功率以及所在靶位靶材平面中心與沉積樣品臺中心的距離。這樣，通過改變靶位的濺射功率以及靶材平面中心與沉積樣品臺中心的距離就可實現膜材料中組元相對含量的調節。多靶磁控濺射技術的這些特點使其適合用于制備梯度薄膜材料。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種Cu-Mo合金梯度薄膜材料；本發明還提供了一種成本低廉、工藝簡單的利用高真空雙靶磁控濺射技術制備Cu-Mo梯度薄膜材料的方法。

為實現以上目的，本發明所采用的技術方案如下：

在銅箔基底或鈉鈣玻璃基底上，磁控濺射雙靶共沉積Cu-Mo薄膜，磁控濺射的同時在350 ℃條件下原位退火；在靶材平面中心與沉積樣品臺中心的距離固定的前提下，通過改變兩個靶位的濺射功率調節Cu-Mo薄膜中銅和鉬的相對含量；與基底接觸的是內層純銅層，梯度層由內向外為銅含量逐漸減少而鉬含量逐漸升高。

所述的雙靶為銅靶和鉬靶，銅靶的含銅量大于99.99%、鉬靶的含鉬量大于99.99%。