[发明专利]一种TaCo二元非晶合金薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供了一种TaCo二元非晶合金薄膜及其制备方法，属于非晶合金薄膜技术领域。本发明提供的TaCo二元非晶合金薄膜以原子百分含量计，化学组成包括：Ta90.1～91.2％；Co8.8～9.9％。本发明使用Ta、Co二元体系作为合金薄膜成分，它们之间具有较大的负混合焓和原子尺寸错配程度，能够提升非晶形成能力，使非晶薄膜更加稳定，均匀且致密；本发明通过控制Ta的原子百分含量为90.1～91.2％，Co的原子百分含量为8.8～9.9％，所得二元非晶合金薄膜具备高硬度、高强度及耐高温性能，以及良好的塑性和热稳定性。

技术领域

本发明涉及非晶合金薄膜技术领域，特别涉及一种TaCo二元非晶合金薄膜及其制备方法。

背景技术

非晶合金由于短程有序和长程无序的原子结构特点，表现出许多优异的物理、化学及力学性能，可以适用于目盛行的微/纳米机电系统。现代微/纳米机电系统设备服务于更复杂的多场耦合环境。作为微/纳米机电系中使用最广泛的材料形式，金属薄膜需要具有优异的整体性能，包括高硬度、高强度、高韧性和耐腐蚀性，以及优异的高温性能。

然而，到目前为止，这种性能组合还没有在任何薄膜材料中实现。20世纪60年代发现的非晶合金Au75Si25具有独特的原子结构，没有晶体缺陷、晶粒边界，且成分和结构均匀，其室温强度和弹性明显高于传统金属材料。但由于高度局部化的塑性变形形成剪切带而导致非晶合金的性能失效，以及由于结晶而导致性能急剧恶化，两者都严重限制了非晶合金材料在高温或恶劣环境下在微/纳米机电系统的实际应用。

近年来，通过优化晶界工程，开发出的晶态/非晶复合材料(如CuZrTiNb、CuZrTiBe)可以获得优异的力学性能，但却牺牲了完全非晶态结构的一些优点，如优异的热稳定性和力学性能。此外，在高温、高速冲击和高压等外界刺激下，非晶复合材料的微观结构容易发生变化。因此，为微/纳米机电系统应用开发下一代薄膜材料的关键是在保持其完全非晶态结构的同时实现在高温下仍然能维持高强度和塑性变形能力。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种TaCo二元非晶合金薄膜及其制备方法，本发明提供的TaCo二元非晶合金薄膜同时具备高硬度、高强度，在高温条件下具有良好塑性变形能力。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种TaCo二元非晶合金薄膜，以原子百分含量计，化学组成包括：

Ta 90.1～91.2％；

Co 8.8～9.9％。

优选的，以原子百分含量计，化学组成包括：

Ta 90.1～90.3％；

Co 9.7～9.9％。

优选的，以原子百分含量计，化学组成包括：

Ta 90.5～91％；

Co 9～9.5％。

优选的，以原子百分含量计，化学组成包括：

Ta 91～91.2％；

Co 8.8～9％。

本发明提供了上述TaCo二元非晶合金薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)以纯Ta、纯Co为靶材，在真空通入氩气条件下，在衬底表面进行第一磁控溅射，得到具有钽钴二元成分库的薄膜；

(2)对所述具有钽钴二元成分库的薄膜的Ta含量进行筛选，得到具有临界高Ta原子百分含量的薄膜位置，所述临界高Ta原子百分含量为89～91.2％；