Ni-Ti系合金薄膜磁控溅射制备工艺及特性研究

论文摘要

本文采用直流磁控溅射法分别在玻璃和单晶硅（100）基体上沉积Ni-Ti形状记忆合金薄膜;在玻璃衬底上分别用单靶和双靶沉积了Ni-Ti-Hf-Cu形状记忆合金薄膜,测定了制得薄膜的表面特性、组织结构与马氏体相变等。对Ni-Ti合金薄膜的测试和分析表明,薄膜被部分氧化,薄膜中的Ti含量高于靶材。X射线衍射分析显示溅射得到的薄膜都是非晶态的,经过4.0×10-4Pa,在600℃保温1h后炉冷的晶化处理后,薄膜中析出单晶态的Ni3Ti2相,在随后的DSC试验中未发现明显的相变点。对制备的合金薄膜进行形貌观察,结果表明基体温度对所制备薄膜的组织形态有影响。对双靶制备的Ni-Ti-Hf-Cu形状记忆合金薄膜的表面形貌进行观察,并建立评价模型进行质量评价,确定了双靶制膜的最佳工艺。在SEM下观察Ni-Ti-Hf-Cu形状记忆合金薄膜的断面形貌,并对不同参数条件下的薄膜厚度进行比较,发现薄膜厚度随溅射功率或溅射时间的增加而增加,随Ar气压的变化不明显。随溅射功率的增加,薄膜中的溅射颗粒增大,成膜速度加快,晶化处理后用原子力显微镜观察发现其表面粗糙度也随之增加。而随Ar气压的增加,表面粗糙度则呈现先增大后减小的趋势。随溅射功率的增大,薄膜的四种元素含量变化不大;随Ar气压的增大,Ni的含量呈先减少后趋于稳定的趋势,其它元素的含量变化均不明显;随溅射时间的延长,薄膜的Ni含量呈逐渐增多的趋势,而Hf呈逐渐减少的趋势。采用磁控溅射方法制备的Ni-Ti-Hf-Cu形状记忆合金薄膜为非晶态,晶化处理后室温下主要为马氏体相,并观察到少量的（Ti,Hf,Cu）2Ni相析出;DSC结果显示薄膜的Ms约为230℃,相变滞后了30℃,相变滞后变窄但是变化幅度很小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 形状记忆合金
• 1.1.1 形状记忆合金及其研究进展
• 1-x-X_x高温形状记忆合金'>1.1.2 Ti-Ni_1-x-X_x高温形状记忆合金
• 1.2 薄膜及制备方法
• 1.2.1 薄膜制备的真空技术基础
• 1.2.2 薄膜的制备技术
• 1.2.3 薄膜的形核与生长
• 1.2.4 薄膜的结构缺陷
• 1.2.5 薄膜的种类和应用
• 1.3 形状记忆合金及其薄膜的应用
• 1.3.1 形状记忆合金的应用
• 1.3.2 Ni-Ti合金薄膜的应用
• 1.4 国内外研究现状及相关领域成果
• 1.4.1 相变行为
• 1.4.2 形状记忆效应
• 1.5 选题意义及本文主要研究工作
• 1.5.1 选题意义
• 1.5.2 本文主要研究工作
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 薄膜的制备
• 2.2.1 薄膜的制备设备
• 2.2.2 薄膜制备方案
• 2.2.3 基片的选择与处理
• 2.2.4 薄膜制备过程
• 2.3 薄膜分析测试方法
• 2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）
• 2.3.2 原子力显微镜（AFM）
• 2.3.3 X射线衍射分析
• 2.3.4 DSC差示扫描量热仪
• 2.4 本章小结
• 第3章 Ni-Ti合金薄膜性能测试及理论分析
• 3.1 Ni-Ti合金薄膜成分测定
• 3.2 Ni-Ti合金薄膜X射线衍射分析
• 3.3 Ni-Ti合金薄膜DSC测试
• 3.4 Ni-Ti合金薄膜薄膜形貌观察
• 3.5 本章小结
• 第4章 Ni-Ti-Hf-Cu合金薄膜制备工艺的优化
• 4.1 双靶制膜工艺的分析
• 4.2 单靶制膜工艺的分析
• 4.2.1 磁控溅射工艺对薄膜厚度的影响
• 4.2.2 Ni-Ti-Hf-Cu合金薄膜的表面特性
• 4.2.3 磁控溅射工艺对薄膜表面的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 Ni-Ti-Hf-Cu合金薄膜成分及结构的表征
• 5.1 Ni-Ti-Hf-Cu合金薄膜成分分析
• 5.1.1 双靶制得的样品成分分析
• 5.1.2 单靶制得的样品成分分析
• 5.2 XRD测试分析
• 5.3 DSC测试分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢