论文摘要
硬和韧一向是材料性能矛盾的两个方面,现代纳米科技可能是解决这一矛盾的有效手段之一。Ti-Si-N纳米复合薄膜以其硬度高、抗高温氧化性能好、摩擦系数小、弹性模量高、和基体的结合力强、热稳定性优良等性能正在成为超硬材料研究领域里的研究热点。但是在研究探索过程中,实验制备研究未能给出最佳的工艺参数,性能研究也未能给出令人信服的超硬性的理论解释。本课题的研究中,我们尝试采用计算机仿真技术,通过数值方法模拟粒子沉积行为,给出不同工艺参数对薄膜微观结构的影响。本文参照薄膜生长的初期的计算机仿真模型,建立薄膜沉积的三维无格点并行仿真程序。主要所做内容有:1、在过渡态理论（Transition State Theory,TST）基础上,采用势能面（Potential Energy Surface,PES）搜索方法,建立了动力学蒙特卡罗（Kinetic Monte Carlo,KMC）三维无格点仿真模型。借助Visual Studio .NET编程语言,开发了薄膜生长的仿真程序。采用该程序对Ti-Si-N表面生长过程进行仿真。程序运行稳定,得到的数据基本可靠。2、借助.NET Remoting技术,初步实现跨应用域（Application Domain）PC机群网络并行计算,加快了仿真程序计算速度。3、利用计算机数据库技术对沉积粒子进行粗糙度和晶粒尺寸的识别。分析不同工艺参数对薄膜微观结构的影响。模拟结果显示:温度的影响主要是粒子的迁移速率,温度越高越趋于层状生长;Si含量会加速粒子成核,Si含量越高晶粒越细小;沉积率主要影响是下落粒子的间隔时间,影响效果和温度相似。但本文使用的作用势为简单经验对势（Morse势）,计算精度有待进一步提高。薄膜性能主要取决于微观结构,还需进一步建立薄膜仿真结构与性能的研究。