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Ni-Ti系合金薄膜磁控溅射制备工艺及特性研究

王利民  
【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~(-4)Pa,在600℃保温1h后炉冷的晶化处理后,薄膜中析出单晶态的Ni_3Ti_2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。


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