[发明专利]一种Cr3

说明书

本发明公开了一种Cr₃Al/Zr多层薄膜及其制备方法，通过磁控溅射沉积法在洁净的硅基体上沉积制备Cr₃Al/Zr多层薄膜，通过Ar⁺离子轰击靶材(阴极)与样品(Cr₃Al/Zr)原子发生弹性碰撞，进一步产生碰撞级联，样品原子由此被激发并反向沉积到基体。Cr₃Al原子和Zr原子依次沉积，交替形成不同调制周期不同界面结构的多层薄膜，而溅射所产生的二次电子等高密度等离子体在相互垂直的电磁场的联合作用下以旋轮线的形式循环运动，不与基体接触。因此电离效率高、沉积速率快。本发明不仅成功制备出不同界面结构的纳米多层薄膜，而且所得薄膜均匀致密，界面结构清晰，综合性能优良。

技术领域

本发明属于材料表面改性领域，具体涉及一种Cr₃Al/Zr多层薄膜及其制备方法。

背景技术

纳米多层薄膜是一类特殊的结构复合材料，由不同材料的纳米层交替组成，其性能取决于单层性能、层厚以及层间的界面结构。相较于单层薄膜，纳米多层薄膜具有较高的强度、延展性和断裂韧性，同时兼具特殊的物化性能，如抗辐照性、热稳定性和电磁性，被广泛用于事故容忍燃料系统、微型机电系统等方面，在材料科学与工程领域引起了广泛的关注。

界面结构作为纳米多层薄膜性能的决定因素之一，具有重要的研究意义。然而，目前关于界面结构的调控工艺缺乏系统的理论指导，因此有必要研究一种不同界面结构的纳米多层膜的制备方法，以填补这方面的空白。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种Cr₃Al/Zr多层薄膜及其界面调控工艺，以弥补层状结构薄膜材料工艺方面的不足，实现不同界面结构多层薄膜的制备。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种Cr₃Al/Zr多层薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、除去硅基体表面的杂质以及氧化膜；

步骤2、在真空环境中利用Ar⁺离子刻蚀，然后采用Cr₃Al靶和Zr靶交替对刻蚀后的硅基体进行溅射，溅射沉积至预设厚度后，随炉冷却至室温得到Cr₃Al/Zr多层薄膜；

每个调制周期中Cr₃Al靶和Zr靶的溅射时间分别为50±5s和30±5s、 90±5s和60±5s、220±5s和140±5s、或440s-1300s和270s-800s。

优选的，步骤1中，对对抛光后的硅基体依次在丙酮和无水乙醇中超声清洗后烘干，除去硅基体表面的杂质；

然后，采用氢氟酸水溶液对烘干后的硅基体侵蚀，去除其表面的氧化膜。

优选的，步骤2中，在真空环境中进行溅射，真空度在1.0×10^-4Pa以下。

优选的，步骤2中，Cr₃Al靶和Zr靶功率为200W，刻蚀时间至少为 5min。

沉积过程中氩气流速设定为60sccm，气压设定为1.0Pa。

优选的，步骤2中预溅射之前氩气通入时间至少为30s。

优选的，步骤2中磁控溅射沉积过程中预溅射时间至少为10s。

优选的，步骤2中磁控溅射沉积过程中硅基体转速为15r/min。

一种Cr₃Al/Zr多层薄膜，包括交替层叠设置Cr₃Al和Zr膜，Cr₃Al膜中元素比为Cr：Al＝3：1，一个调制周期形成的Cr₃Al膜和Zr膜中，Cr₃Al和 Zr的占比为1:1。