离子轰击对铜—镍扩散的影响

论文摘要

等离子轰击热扩渗技术由于效率高、无污染等原因在工业领域得到了广泛的应用,但是目前对于离子轰击能够促进扩散的原因还没有统一的理论,理论的欠缺限制了工艺的发展。本论文采用磁控溅射的方法在铜基体上制备了镀镍层,确定了最佳退火温度,并在此温度下进行了不同条件的扩散退火处理,对有无离子轰击条件下镍元素的扩散的变化情况进行了研究,探讨非线性点阵效应对扩散的影响。利用扫描电子显微镜对退火前后的镀层形貌进行了观察,用小掠射角X-射线衍射技术分析了镀层的结构,利用电子探针测得了镍元素的浓度分布曲线,并用玻尔兹曼-俣野方法计算了铜-镍的互扩散系数,通过X射线衍射技术分析了经过离子轰击后基体位错密度随深度的变化情况,利用透射电子显微镜观察了离子轰击后基体表面位错的变化情况。研究结果发现,采用磁控溅射可以得到均匀、致密的镀层,晶粒呈柱状生长;经过400℃退火后,无论是否有离子轰击,互扩散系数均随着镍元素浓度的增大而增大,但在离子轰击条件下,镍元素的扩散速度大于没有离子轰击时的扩散速度;扩散深度随着时间的延长而加深;在离子轰击条件下,镍元素的扩散深度随试样厚度的增大而下降;位错分析表明,基体经过离子轰击后产生了高密度的位错,位错密度最高处位于材料表面,随着深度的增加,位错密度逐渐下降;而且经过20h离子轰击的试样的位错密度高于经过10h轰击的试样;透射电子显微镜分析表明,经过轰击后,晶体内部出现了孪晶,孪晶界附近的位错密度高于晶界内部。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 化学热处理
• 1.2.1 普通化学热处理
• 1.2.2 离子轰击热扩渗技术
• 1.3 化学热处理的基本过程
• 1.3.1 传统化学热处理的基本过程
• 1.3.2 离子轰击被渗元素的渗入过程研究状况
• 1.4 扩散机制及影响扩散的因素
• 1.4.1 扩散机制
• 1.4.2 影响扩散的因素
• 1.5 等离子热扩渗过程中的异常扩散及其解释
• 1.6 本论文研究目的和主要内容
• 第2章 材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.2.1 磁控溅射镀膜设备
• 2.2.2 加热及轰击处理设备
• 2.3 实验工艺
• 2.3.1 实验步骤
• 2.4 分析方法和手段
• 2.4.1 X射线衍射分析
• 2.4.2 表面形貌观察
• 2.4.3 显微组织观察
• 2.4.4 电子探针分析
• 第3章 实验参数的优化
• 3.1 引言
• 3.2 抛光工艺的确定
• 3.2.1 电解抛光原理
• 3.2.2 电解抛光工艺参数的选择
• 3.3 磁控溅射工艺参数的选择
• 3.3.1 磁控溅射工艺参数的确定
• 3.4 退火温度的确定
• 3.5 本章小结
• 第4章 离子轰击对扩散的影响
• 4.1 引言
• 4.1.1 退火后镀层的形貌及结构分析
• 4.2 研究扩散系数的理论及方法
• 4.2.1 扩散的基本理论
• 4.2.2 扩散研究的基本方法
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 电子探针分析
• 4.3.2 离子轰击对扩散深度的影响
• 4.3.3 离子轰击对互扩散系数的影响
• 4.3.4 试样厚度对离子轰击时扩散深度的影响
• 4.3.5 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 离子轰击对缺陷的影响
• 5.1 引言
• 5.2 原理
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 离子轰击后基体的微观组织
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢