[发明专利]一种制备同质非晶多层膜改变非晶结构异质性的方法

说明书

本发明公开了一种制备同质非晶多层膜改变非晶结构异质性的方法。薄膜完全由同种单一非晶构成，并呈现多层结构。该方法是采用磁控溅射技术，在溅射镀膜过程中，采用间歇沉积工艺，通过控制单层厚度，改变自由体积含量，并引入非晶/非晶界面，使同质薄膜呈现“多层”的结构特征，增加非晶薄膜的结构异质性。本发明制备的薄膜结构致密，界面层明晰，可以很容易通过控制不同层厚度来控制薄膜结构，从而为增加非晶薄膜的结构异质性，提高非晶薄膜材料的力学性能，制备力学性能可控的纳米材料提供可能。同时，该方法操作简单，成本较低，易于在工业上实现和推广。

技术领域

本发明属于纳米金属薄膜技术领域，涉及一种纳米尺度多层结构薄膜，尤其是一种磁控溅射技术制备同质非晶多层结构薄膜的方法。

背景技术

不同与晶体材料，非晶合金表现出长程无序、短程有序的结构特点，不存在位错、晶界、孪晶等晶体结构缺陷。特殊的结构特点赋予非晶合金很多优异的性能，如较高的压缩强度(可接近理论值)、较好的弹性性能(弹性极限应变约为2％)、良好的耐腐蚀性能、耐磨性能等。但是室温条件下，非晶合金材料的变形容易集中于10-20nm的局部剪切带区域，并且剪切带快速增值扩展，发生局域化变形，最终导致材料的断裂，表现出较差的塑性变形能力，严重制约非晶合金的工程应用。

研究发现，提高非晶合金的结构异质性，可有效抑制变形局域化，提高非晶合金的力学性能。原因可能是，异质结构可以有效的促进多重剪切带的产生，并阻碍主剪切带扩展，抑制变形的局域化程度。目前的实验和研究中，提高非晶合金异质性的方法通常有：纳米合金化、轧制、喷丸等。但是以上这些方法都存在一定的局限性：引入纳米晶，破坏材料整体的非晶结构；轧制和喷完方法不易实现和控制，属于后期改性技术。因此，找到一种在保持整体非晶结构的前提下，简单有效的提高非晶合金结构异质性的方法，对提高非晶合金的塑性变形行为具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同质纳米非晶多层结构薄膜的制备方法。薄膜完全由同种非晶合金组分构成，并呈现多层结构。该工艺制备的薄膜结构致密，界面层明细，可以很容易通过控制镀制时间控制非晶层厚，从而制备不同调制波长和调制比的非晶多层薄膜，为制备力学性能可控的单相纳米非晶合金材料提供可能。同时，该方法操作简单，成本低，易于在工业上实现和推广。

本发明一种制备同质非晶多层膜改变非晶结构异质性的方法，包括以下步骤：

1)将单晶硅基底分别用丙酮和酒精超声清洗10-15min，经电吹风吹干后，放入超高真空磁控溅射设备基底台上，准备镀膜；

2)将需要溅射的合金靶材安置在靶材座上，通过调整电源的功率为30W～150W，控制靶的溅射速率4-10nm/min；采用高纯氩气作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；

3)非晶多层结构薄膜的制备采用间歇式沉积方式，每沉积2-60min，暂停溅射2-30min，使薄膜和靶材冷却；同时对基底台进行旋转，重复镀制停歇过程，控制镀制总时长，最终达到所需的薄膜厚度和层数，以及相应的调制比。

步骤2)中，所述合金靶材采用任何可得到非晶结构的材料。

步骤2)中，得到的多层结构是同种组分。

步骤2)中，可选用直流电源或者射频电源。

步骤3)中，基底台为常温下进行。

步骤3)中，非晶层单层厚度通过沉积时间进行调节。

本发明提供了一种同质多层纳米非晶合金薄膜材料，提高非晶结构异质性的制备方法，采用磁控溅射间歇沉积工艺。该方法制备的薄膜材料，完全由同种单一非晶构成，并呈现多层结构。薄膜结构致密，界面层明细，可以很容易通过控制不同层薄膜厚度控制非晶薄膜微观结构和界面数量，改变非晶薄膜的结构异质性，从而为制备力学性能可控的同质非晶材料提供可能；同时，该方法操作简单，成本低，易于在工业上实现和推广。