[发明专利]一种兼具高强度与高延展性金属薄膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种同时具有膜层厚度与晶粒尺寸均呈梯度结构金属薄膜的制备方法，该梯度结构金属薄膜兼具高强度和高延展性，表现出优异的综合力学性能。与传统的自上而下(Top‑down)的方法不同，我们另辟蹊径，采用自下而上(Bottom‑up)的方法来制备微纳米尺度的梯度结构薄膜，即利用高真空直流磁控溅射技术，巧妙的引入热稳定性高的超薄分隔层(1nm Ta)，将金属薄膜分隔层厚度呈梯度变化的多层结构，然后，通过中温退火，进一步改善晶粒尺寸的梯度分布，从而获得膜层厚度与晶粒尺寸同时呈梯度变化的非匀质梯度结构薄膜。薄膜层提供高强度，厚膜层维持高延展性，使得梯度薄膜兼具了高强度与高延展性的特点。该方法还具有很强的适用性，可以推广到其他各种金属以及金属化合物薄膜上。本发明清洁无污染，成本低，具有良好的实现效果。

主权项

一种兼具高强度与高延展性金属薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，1)材料的准备：溅射靶材分别为纯度99.99wt％的Cu，99.9wt％的Ta和99.9wt％的Ti，直径均为75mm；衬底材料为柔性的有机PI薄膜，厚度为12.5μm；2)材料与处理对Cu、Ta和Ti靶以及衬底材料进行清洗；3)制备梯度结构Cu金属薄膜Cu膜总厚度为1.1μm，在Cu膜中引入厚度为1nm的超薄的Ta层，Ta层的间隔距离分别为20nm，50nm，100nm和200nm，靠近衬底的第一层Cu为20nm，其次为50nm，100nm和200nm，即20nm，50nm，100nm和200nm为一个周期，表面为200nm厚的Cu层，整个薄膜中Cu层厚度具有明显的梯度特征；然后两次重复以上梯度结构周期，从而形成包含3个梯度周期的非匀质梯度Cu薄膜，梯度薄膜沉积之前，先在衬底上镀一层3nm的Ti粘结层；4)退火处理对梯度结构Cu金属薄膜进行真空退火处理，退温度为300℃，保温1小时，进一步调节晶粒尺寸的分布。