磁控溅射制备氧化钇掺杂铁薄膜及真空退火对其影响研究

【摘要】：氧化物弥散强化铁合金在核工业与高温材料领域有广泛的应用。本文采用双靶磁控共溅射的方法制备氧化钇掺杂铁薄膜,研究了氧化钇颗粒的掺杂对薄膜力学性能、耐辐照性能和磁学性能的影响,并通过多种工艺探究此种薄膜在热处理、辐照改性过程中的特性,得到如下结果: 在双靶磁控溅射制备氧化钇掺杂铁薄膜的方法中,可以调控薄膜厚度、成分比。获得了氧化钇弥散程度较好的薄膜。 对薄膜采用真空退火处理、Xe离子辐照处理及其性能研究表明,氧化钇掺杂量越大的铁薄膜,在真空退火处理过程中结晶较好所需要的温度也越高;随着退火进程进行,薄膜中有沉淀相析出,X射线衍射分析表明沉淀相在氧化钇掺杂量较小(小于0.6%)时为Fe_2O_3,氧化钇掺杂量较大时,沉淀相为FeYO_3。薄膜的抗溅射能力也随着氧化钇掺杂量增加而增强。 进一步探讨表明,真空退火过程中,氧化钇掺杂铁薄膜将同时存在沉淀相析出与铁晶粒长大两种过程。在退火温度较低时,薄膜中以沉淀相析出过程为主导,导致薄膜的纳米硬度、辐照稳定性、矫顽力的增大;随着退火温度升高,铁晶粒长大过程逐渐占主导,并且导致薄膜的纳米硬度、辐照稳定性、矫顽力的降低。同时,薄膜结晶程度较好后的磁各向异性也有所降低。真空退火处理为调节铁薄膜的力学性能、耐辐照性能和磁性能提供了一种有效而简便的方式。 本研究改进了磁控溅射镀膜装置,自行设计溅射挡板配件,制备了铁-氧化钇分层结构,就分层结构对薄膜磁性能的影响进行了初步研究,为分层结构薄膜的进一步的探索打下基础。