《高離化率磁控濺射薄膜製備及形成機理研究》是依託西南交通大學，由孫鴻擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：高離化率磁控濺射薄膜製備及形成機理研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：孫鴻
- 依託單位：西南交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於存在“陰影”效應，常規磁控濺射技術在形狀複雜的零部件表面製備薄膜，會出現薄膜厚度不均勻、局部脫落、孔洞處無法實現鍍膜等問題。按照NSAF聯合基金的要求，本項目採用高功率脈衝磁控濺射（HPPMS）技術，提高鈦、鉻濺射原子的離化率，控制薄膜沉積時離子的通量、入射方向及能量，消除“陰影”效應，在複雜工件的各個平面得到緻密度高、厚度、結構、性能相同的均質氮化鈦、氮化鉻薄膜。本項目研究了影響HPPMS離化率關鍵因素，實現了對濺射原子的離化率及離子能量調控。在揭示HPPMS離化率、離子能量及離子初始入射角度（樣品平面傾斜角度）對薄膜結構、性能影響機制及HPPMS薄膜生長機制的基礎上，模擬分析複雜形狀零件各不同傾斜角度平面上電漿鞘層、電場分布及其對離子的能量、通量的影響，調控離化率、偏壓和氣壓，利用HPPMS在複雜形狀零件表面製備性能優異的均質薄膜，提高國防工業關鍵零部件壽命。
結題摘要
由於存在“陰影”效應，常規磁控濺射技術在形狀複雜的零部件表面製備薄膜，會出現薄膜厚度不均勻、局部脫落、孔洞處無法實現鍍膜等問題。本項目採用高功率脈衝磁控濺射（HPPMS）技術，提高鈦、鉻濺射原子的離化率，控制薄膜沉積時離子的通量、入射方向及能量，消除“陰影”效應，在複雜工件的各個平面得到緻密度高、厚度、結構、性能相同的均質氮化鈦、氮化鉻薄膜。本項目首先系統研究了電源屬性(限流電阻、頻率、脈寬、電流、電壓、峰值功率、平均功率等)、氣體壓力、基體偏壓等對金屬離子離化率、離子能量的影響，探討了影響靶材離化率及離子能量的關鍵因素。在此基礎上本項目研究了濺射原子的離化率、離子能量對薄膜組織結構、表面應力狀態、緻密度、膜基界面及性能的影響及高功率脈衝磁控濺射製備薄膜的生長機理，同時研究了樣品傾斜角度（即濺射離子初始入射角度）對沉積薄膜結構及性能的影響。最後本項目進行了高功率脈衝磁控濺射薄膜厚度均勻性與靶基距關係模擬研究分析；採用PIC/Monte Carlo的方法，以半球模型為例，模擬研究了在45°傾斜角度下，半球表面塗層沉積厚度；同時用有限元方法模擬了直流輝光放電時“碗形”工件表面的等離子電勢、電場分布、帶電粒子在真空室中的輸運以及在半球工件內表面的沉積過程，獲得了基體偏壓、真空室壓強等工藝參數對沉積粒子通量、能量及粒子入射角度的影響規律，為控制帶電粒子在異型工件表面的沉積提供理論依據，為在複雜樣品表面製備均勻薄膜奠定了基礎。本項目採用高離化率磁控濺射鍍膜技術使靶材濺射原子的離化率達60%以上，揭示了影響濺射靶材離化率及離子能量的關鍵因素，實現對濺射原子離化率及離子能量的調控。在此基礎上，在不同傾斜角度(離子初始入射角度)樣品上製備了結構、性能均勻的薄膜材料，為在複雜形狀工件上製備結構、性能均勻的金屬及氮化物薄膜奠定了基礎。相關結果在國內外重要材料期刊發表SCI論文11篇，授權發明專利3項。
