摘要：针对磁控溅射和阴极弧离子镀沉积技术存在的局限性,采用有限元分析方法(Finite element method,FEM)进行磁场模拟,优化设计外加电磁线圈的结构和磁场分布位形,并应用于磁控溅射沉积透明导电氧化物和阴极弧离子镀沉积硬质薄膜中。分析了外加电磁线圈磁场对磁控溅射等离子体辉光变化、磁控靶磁场平衡度/非平衡度、以及线圈位置对等离子体特性和靶材利用率的影响。设计和制作了轴对称磁场和旋转磁场,研究了它们对阴极弧离子镀弧斑运动形貌和薄膜表面大颗粒等特性的影响。通过控制弧斑运动状态,可以得到不同程度的颗粒分布,实现颗粒的可控沉积,减少薄膜表面大颗粒的污染。

摘要：电弧离子镀工艺中电弧蒸发产生的大颗粒污染严重影响了所沉积涂层的性能。为了从源头上解决大颗粒难题,本文提出了一种新的旋转横向磁场的设计思路,通过频率和强度可调且覆盖整个靶面的旋转横向磁场控制弧斑的运动。通过有限元模拟磁场的分布,对旋转横向磁场控制的电弧离子镀弧源进行了优化设计。并根据方案制作了旋转磁场发生装置及其电源,使该弧源的旋转磁场具有多模式可调频调幅的功能,用以改善弧斑的放电形式,提高靶材刻蚀均匀性和靶材利用率,减少靶材大颗粒的发射,用以制备高质量的薄膜以及功能薄膜,以拓展电弧离子镀的应用范围。

摘要：硬质涂层的制备及改性是当今涂层领域的研究热点之一,随着科学技术的迅速发展及工业要求的不断提高,对硬质涂层材料、性能及其制备技术则提出了更高的要求。本文主要从硬质涂层制备、组元微结构设计及其强化/退化机理、高性能硬质涂层三方面展开,介绍了硬质涂层领域的一些热点研究方向及其目前存在的问题。主要包括以下内容:发展新的沉积系统和涂层制备新技术,实现一些硬质涂层的低温沉积、低压沉积和高速率沉积,以及亚稳相的制备等;基于对Veprek制备的nc-TmN/a-Si3N4纳米复合涂层结构模型和理论解释的质疑,提出纳米晶/非晶复合涂层的研究重点;对比了氧元素在不同的涂层体系中所扮演的角色及其作用机制;总结了低应力厚硬质涂层的结构设计方法、对应机理及存在问题;归纳了一些高性能硬质涂层所需要具备的性能特点及实现方法,如高韧性、高抗裂纹扩展能力涂层,高热稳定性、抗氧化性涂层,超硬耐磨自润滑硼化物涂层。

摘要：采用有限元模拟对多模式交变耦合磁场进行了优化设计,介绍了多波形电磁线圈控制电源的原理,并对按此原理制作的电源进行了测试,分析讨论了不同波形励磁电流条件下磁场对于弧斑运动的影响,提出了一种多模式交变耦合磁场辅助电弧离子镀弧源设计原理及方案。研究表明:轴对称发散磁场有推动弧斑向外扩展的趋势,轴对称拱形磁场将弧斑约束在固定的轨道,反极性聚焦导引磁场有约束弧斑在靶材中心的趋势,多模式反极性动态聚焦导引磁场与轴对称发散磁场或者拱形磁场叠加,可形成动态的拱形耦合磁场,动态的控制弧斑运动,改善弧斑放电状态,减少颗粒发射;在聚焦磁场引导下,等离子体稳定的传输,同时可以增强等离子体的粒子碰撞机率,提高离化率和离子密度。反极性动态聚焦导引磁场线圈由多波形电磁线圈控制电源驱动,可输出频率、幅值单独可调的直流及直流偏置的三角波、矩形波、馒头波、正弦波及其他形式的交变电流,实现对弧斑的多种模式控制。