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沉积Cu/Ni和Cu/Ag金属多层膜制备与其性能

收藏本文 2024-03-13 点赞:21755 浏览:96671 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:利用电化学策略中的单槽电沉积法和双槽电沉积法分别制备了不同调制波长的Cu/Ni和Cu/Ag金属多层膜,用物理策略中的磁控溅射法制备了不同调制波长的Cu/Ag金属多层膜,对制备的多层膜进行了显微形貌观察、显微硬度测量、纳米压痕实验以及表面XRD测试。探讨结果表明:单槽法制备的Cu/Ni金属多层膜膜层平整,层间界清晰。显微硬度测量结果显示,在调制波长为100nm处多层膜的显微硬度出现峰值,大于100nm时显微硬度随调制波长的减小而增加,并且变化规律符合Hall-Petch联系,小于100nm时,显微硬度随着调制波长减小而降低。XRD测试表明薄膜中有着压应力,Ni层中形成了强(100)织构,Cu层中没有形成显著织构。双槽法制备的Cu/Ag金属多层膜膜层略有不平,但层间界清晰,调制周期显著。显微硬度测量结果显示,在调制波长为100nm处多层膜的显微硬度出现峰值,大于100nm时显微硬度随调制波长的减小而增加,小于100nm时,显微硬度随着调制波长的减小而降低。XRD测试表明薄膜中有着压应力。磁控溅射法制备的Cu/Ag金属多层膜膜层平整,各个周期中的膜层厚度保持一致。纳米压痕测试结果显示,在实验测试的调制波长范围内(15~120nm),多层膜的硬度随调制波长的减小呈上升走势,并且在调制波长大于45nm时多层膜的硬度随调制波长的变化符合Hall-Petch联系。多层膜的纳米压痕实验结果表明,多层膜的复合弹性模量随调制波长的变化未发生显著转变。基于程开甲等人提出的电子论述解释了单槽电沉积法制备的Cu/Ni多层膜的起始软化点位置。在磁控溅射法制备的Cu/Ag多层膜中,当调制波长为15nm时仍未出现硬度软化现象。基于电化学策略和物理策略制备多层膜的层间界结构差别,讨论了两种策略制备多层膜的强化机制。关键词:金属多层膜论文单槽电沉积法论文双槽电沉积法论文磁控溅射法论文显微硬度论化机制论文

    摘要2-3

    ABSTRACT3-8

    第1章 绪论8-18

    1.1 纳米薄膜概述8-9

    1.2 纳米金属多层膜的性能9-11

    1.2.1 机械性能9-10

    1.2.2 电学和电化学性能10

    1.2.3 光学性能10

    1.2.4 巨磁阻效应10-11

    1.3 多层膜硬度增强机制的论述探讨11-12

    1.3.1 Hall-Petch 强化论述11

    1.3.2 模量差论述11-12

    1.3.3 交变应力场论述12

    1.4 纳米多层膜的制备策略12-16

    1.4.1 溅射沉积法(SD)13

    1.4.2 真空蒸镀法(TD)13-14

    1.4.3 脉冲激光沉积(PLD)14

    1.4.4 分子束外延成型(MBE)14-15

    1.4.5 化学气相沉积(CVD)15

    1.4.6 单槽电沉积法(single bath electrodeposition)15-16

    1.4.7 双槽电沉积法(dual bath electrodeposition)16

    1.5 本课题的探讨内容16-18

    第2章 Cu/Ni 和 Cu/Ag 金属多层膜制备18-33

    2.1 单槽法制备 Cu/Ni 金属多层膜18-23

    2.1.1 实验原理及装置18

    2.1.2 镀液成分18-19

    2.1.3 基片预处理19

    2.1.4 电沉积历程工艺参数测定及选择19-23

    2.2 双槽法制备 Cu/Ag 金属多层膜23-27

    2.2.1 实验原理及装置23

    2.2.2 镀液成分及工艺参数23-24

    2.2.3 镀 Cu 液的组成及配制24

    2.2.4 成分及工艺参数对 Cu 镀液的影响24-25

    2.2.5 镀 Ag 液的组成及配制25

    2.2.6 成分及工艺参数对 Ag 镀液的影响25-26

    2.2.7 基片预处理26

    2.2.8 Cu、Ag 沉积速率的计算26-27

    2.2.9 Cu/Ag 多层膜制备27

    2.3 磁控溅射法制备 Cu/Ag 金属多层膜27-30

    2.3.1 实验原理及装置27-29

    2.3.2 基片预处理29

    2.3.3 磁控溅射历程及工艺参数选择29

    2.3.4 磁控溅射法 Cu、Ag 沉积速率的计算29-30

    2.4 性能测试及结构观察30-33

    2.4.1显微硬度测试30

    2.4.2 纳米压痕测试30-32

    2.4.3 扫描电子显微镜观察32

    2.4.4 X 射线衍射浅析32-33

    第3章 Cu/Ni 和 Cu/Ag 金属多层膜微观结构及力学性能浅析33-45

    3.1 多层膜表面形貌观察33-34

    3.2 多层膜截面形貌观察34-37

    3.2.1 单槽法制备 Cu/Ni 金属多层膜的截面组织34-35

    3.2.2 双槽法制备 Cu/Ag 金属多层膜的截面组织35-36

    3.2.3 磁控溅射法制备 Cu/Ag 金属多层膜的截面组织36-37

    3.3 多层膜显微硬度测试37-39

    3.3.1 单槽法制备 Cu/Ni 金属多层膜显微硬度测试37-38

    3.3.2 双槽法制备 Cu/Ag 金属多层膜显微硬度测试38

    3.3.3 磁控溅射法制备 Cu/Ag 金属多层膜纳米压痕硬度测试38-39

    3.4 多层膜硬度比较39

    3.5 多层膜 X 射线衍射浅析39-45

    3.5.1 电化学法制备金属多层膜织构探讨39-40

    3.5.2 电化学法制备金属多层膜残余应力探讨40-42

    3.5.3 磁控溅射法制备 Cu/Ag 多层膜性能探讨42-45

    第4章 金属多层膜致硬机理浅析45-52

    4.1 金属多层膜临界晶粒尺寸计算45-47

    4.2 Cu/Ni 和 Cu/Ag 金属多层膜致硬机理浅析47-52

    第5章 结论52-53

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