第十三届全国青年表面工程学术会议

117 / 2021-04-02 16:29:34

SiC调制层厚度对TaC/SiC多层膜微观结构、力学及摩擦学性能的影响

磁控溅射；TaC/SiC多层膜；硬度；韧性；摩擦磨损

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本文利用磁控溅射的方法在单晶Si（100）衬底上制备了不同SiC厚度的TaC/SiC纳米多层膜，并对多层膜的微观结构、力学和摩擦学性能进行了研究。当SiC层厚度小于0.8 nm时，溅射态为非晶态的SiC在TaC模板效应诱导下呈结晶态，并与TaC形成共格生长。当SiC厚度大于0.8 nm时，模板效应的作用减弱，多层膜中的SiC又逐渐变为非晶态生长，阻碍了多层膜的共格生长。多层膜的硬度和韧性随SiC厚度的增加呈现先增加后减小的变化规律，在SiC厚度为0.8 nm时分别达到最高值（46 GPa和4.2 MPa m^1/2）。在大气环境中，多层膜的摩擦系数随着SiC厚度的增加逐渐降低，这主要归因于多层膜在摩擦过程中磨痕表面生成了具有润滑作用的TaSiO_x，使得多层膜具有低的摩擦系数。而SiC厚度为0.8 nm时，多层膜的磨损率达到最低，主要由于薄膜此时具有最高的韧性，对应着高的抗磨损能力。