[发明专利]工业设备制备纳米复合超硬薄膜材料的方法

摘要

本发明公开了一种工业设备制备纳米复合超硬薄膜材料的方法，采用工业型脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积设备制备nc－TiN/a－Si₃N₄纳米薄膜材料，其具体方法是：将经1170℃淬火，550℃回火后的硬度为HRC＝60的高速钢经表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，酒精脱水，然后放入工业型脉冲直流PCVD真空炉内作为基体材料进行nc－TiN/a－Si₃N₄纳米薄膜材料制备。为获得优化组织结构和优异的力学性能的纳米复合超硬薄膜材料，其优化工艺条件是：脉冲电压700V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压180－200Pa，N₂180ml/min，H₂ 800ml/min，Ar70ml/min，TiCl₄ (载H₂)20ml/min，SiCl₄5ml/min，沉积时间2h。

主权项

1.一种工业设备制备纳米复合超硬薄膜材料的方法，采用工业型脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积设备制备nc-TiN/a-Si3N4纳米薄膜材料，其特征在于，包括下列步骤：1)将经1170℃淬火，550℃回火后的硬度为HRC＝60的高速钢经表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，酒精脱水；2)然后放入工业型脉冲直流PCVD真空炉内作为基体材料进行nc-TiN/a-Si3N4纳米复合薄膜材料的沉积；3)采用SiCl4作Si源，当Si为7-10百分原子含量时，a-Si3N4含量为16-20体积百分含量；4)等离子体辅助化学气相沉积工艺条件为：脉冲电压700V，占空比1∶1，脉冲频率17KHz，温度520℃，气压180-200Pa，N2180ml/min，H2800ml/min，Ar70ml/min，TiCl4以载H2表示为20ml/min，SiCl45ml/min，沉积时间2h；经上述脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积工艺条件下获得的nc-TiN/a-Si3N4纳米薄膜材料，薄膜厚度3微米，nc-TiN晶粒为5-7纳米，a-Si3N4为非晶结构，nc-TiN镶嵌于非晶基体中，其显维硬度Hv在40-60GPa之间。