تهيه و ارزيابي لايه هاي نازك تنگستن، نيتريد تنگستن و اكسيد تنگستن در سيستم كندوپاش مغناطيسي

Synthesis and Evaluation of Tungsten, Tungsten nitride and Tungsten oxide films Prepared in a Magnetron Sputtering System

لايه هاي نازك تنگستن، نيتريد تنگستن و اكسيد تنگستن در سيستم كند و پاش مغناطيسي جريان مستقيم لايه نشاني شدند. در ابتدا لايه هاي نازك تنگستن تحت فشارهاي گاز بي اثر مختلف تهيه شدند. آناليز پراش اشعه ايكس نمونه ها نشان داد كه همگي شامل فازهاي WO3 و –WB بودند در حاليكه در يك فشار بهينه، مقدار فاز 3WO به حداقل رسيد. مقادير پهناي پيك (XRD-FWHM) براي فاز (111) –WB با افزايش فشار كند و پاش، كاهش يافت و در يك فشار بهينه به حداقل رسيد. فشار بهينه بدست آمده معادل 8×10-3 Torr بعنوان فشار پايه براي تهيه لايه هاي نازك نيتريد و اكسيد تنگستن مورد استفاده قرار گرفت. لايه هاي نازك نيتريد و اكسيد تنگستن تحت نسبتهاي مختلف فشار ) , P( N2/Ar) P(O2/Ar و در فشار كل ثابت، تهيه شدند. فشار كل محفظه در حين لايه نشانيTorr 9×10-3 و نسبتP(N2/Ar) در ناحيه0.4-5 و P(O2/Ar) در ناحيه 0.25-2.5تغيير كرد. با ورود مقدار كمي از گازهاي واكنشي به محفظه كند و پاش، پيكهاي مربوط به فاز تنگستن حذف شده و پيكهاي مربوط به فازهاي نيتريد تنگستن و اكسيد تنگستن ديده شدند. با افزايش بيشتر مقدار گاز واكنشي ورودي به سيستم، لايه هاي نازك به تدريج حالت نظم كريستالي خود را از دست داده و در نهايت حالت آمورف پيدا كردند. زبري سطح نمونه هاي نيتريدي و اكسيدي با افزايش فشار نسبي گاز واكنشي افزايش يافت. علت از دست دادن نظم كريستالي و افزايش زبري سطح لايه هاي نازك با افزايش فلوي گاز واكنشي، به كاهش انرژي جنبشي ذرات رسيده به سطح نسبت داده شد درحاليكه تغيير نظم كريستالي و افزايش زبري سطح لايه هاي نازك اكسيدي در مقايسه با لايه هاي نازك نيتريدي، بيشتر به فشار نسبي گاز واكنشي وابسته بود.

TiAlN/a-C nano-composite coatings were synthesized by a reactive co-sputtering process to investigate the effects of carbon content on the microstructure and mechanical properties. Coating films were deposited on square plates of Si and high speed steel (ANSI M2) by the cosputtering of TiAl (pulsed-d.c. sputtering) and C (d.c. sputtering) targets using a ‘‘Facing Target-type Sputtering’’ system at an atmosphere with a mixture of Ar and N2 but without hydrocarbon gas. The structure of the coatings was investigated by means of XRD, XPS and HRTEM. Mechanical properties of coating films were measured by a submicron indentation system. Though TiAlN and a-C coatings showed hardness of about 32 and about 10 GPa, respectively, TiAlN/a-C coatings containing 7vol% of C showed higher hardness of 43 GPa. C1s spectrum in XPS analysis revealed that carbon in the coatings was bounded as C-C and C-N without bonding of Ti-C or Al-C. These results indicated that the TiAlN/a-C nano-composite coatings consisted of complicated mixture of nanocrystalline Ti-Al-N phase and a-C phase (including C-N bonding).