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ni-cr系合金靶材溅射工艺的研究 目标材料是生产薄膜的重要基础材料。传统的研磨工艺和粉末工艺是目标材料制备和加工的两种主要方法。该工艺的优化基本上基于了蔬菜的建模模式。 郭中正等用磁控溅射法在单晶硅和聚酰亚胺衬底上制备了Cu/Mo纳米多层膜, 对多层膜的微观结构、 表面形貌和力学及电学性能进行了研究。 李宁等利用磁控溅射的方法在Si基片上制备了[SmCo(25 nm)/Co(x)]4/SmCo(25 nm)多层交换弹性纳米晶复合永磁薄膜, 经过真空退火处理使薄膜结晶后进行磁性测试和磁耦合分析。 张静等采用固相法制得了SmCoxFe1-xO3(x=0, 0.2, 0.4, 0.6)粉体, 对不同Co掺杂量的SmCoxFe1-xO3粉体的物相组成和形貌进行了表征, 并利用网络分析仪测试了其电磁特性及微波反射损耗性能。 白爱英等使用真空蒸镀法结合溶胶凝胶法制备了Cu-TiO2复合结构薄膜, 并对薄膜进行结构表征、 光吸收性能测试和光催化活性测试。 在镀膜行业中, Ni-Cr系二元合金靶材和薄膜被广泛应用于耐磨、 减磨、 耐热和抗蚀等表面强化薄膜, 以及低辐射(Low-E)玻璃、 微电子、 磁记录、 半导体和薄膜电阻等高端技术产业, 热处理工艺显著影响合金的物相结构和显微组织。 Vinayak等研究了Ni含量从40%～80%(质量分数)范围的镍铬合金薄膜的微观结构, 并且用透射电子显微镜(TEM)研究了沉积在氮化硅涂布的砷化镓基板上退火前后的薄膜结构。 Espallargas等使用配备电化学电池的往复式磨损试验设备, 对脉冲等离子体处理和未处理的两种Ni-Cr合金, 施加15 N的力在氧化铝表面进行的干摩擦磨损和摩擦腐蚀实验, 发现脉冲等离子体处理产生淬火扩散层氮化铬粒子嵌入在镍铬合金基体中。 Huang等通过TEM分析研究了退火热处理对铝涂层在Ni-15Cr合金的微观相结构和相成分的影响。 魏丽等利用光学显微镜和扫描电镜对Ni3Al基单晶合金IC21的铸态组织和不同热处理制度后的组织进行了观察, 研究了固溶温度和时效温度对合金热处理组织的影响, 提出了推荐优化热处理工艺。 尽管作为一种应用性强的材料, 但到目前为止, 仅有少量文献报道Ni-Cr体系合金靶材的合金热力学、 物相结构, 显微组织以及靶材溅射成膜过程中的物质迁移行为。 Danisman等研究了Ni-Cr合金中Cr含量对Ni-Cr薄膜的机械性能和电性能影响。 合金相图和热力学计算对于合金热处理过程中的物相演变具有重要指导作用。 吴波等运用相图计算技术预测了Ti2AlNb基合金Ti-22Al-27Nb的相比例和相组成等平衡相结构信息, 并揭示了该合金相结构的演化过程。 赵旭山等根据Zr-Fe-Nb体系中Laves-C15结构金属间化合物可能的成分范围熔炼合金铸锭, 经退火处理获得单相合金试样, 借助TEM, SAD, EDS, XRD和Rietveld结构精修等方法获取Laves-C15结构金属间化合物的晶体学信息。 随着微电子、 光电子、 磁记录应用向纳米、 海量存储、 高密度和高可靠性发展, 市场对高品质靶材的需求越来越迫切。 高品质靶材要求靶材具有高纯度、 高致密度和成分均匀性。 高品质靶材的设计、 制备和应用, 必须上升到数字化设计水平。 本文结合材料计算模拟和部分关键性验证实验, 定量化地研究Ni-Cr合金靶材的熔炼铸造特性, 合金热处理过程的相结构、 相转变和显微组织演变规律, 并基于随机级联碰撞, 模拟离子束溅射中, 入射气源离子与靶材固体之间的相互作用规律, 为高品质Ni-Cr系合金靶材的研究开发提供指导。 1 计算模拟和实验研究方法 1.1 元结构相图 本文应用商业化的合金热力学计算软件包Thermo-Calc及配套的热力学数据库FEDAT, 在给定合金成分和平衡温度条件后对Ni-Cr二元系相图, 合金的相结构进行计算。 其中, 相平衡计算是基于多元多相体系相平衡时, 体系中各相的混合Gibbs自由能最小化原理, 或体系的各组元在各相中化学位相等而进行计算求解的。 1.2 srim软件模拟 离子束溅射模拟基于随机碰撞过程中的级联碰撞原理, 运用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟方法, 跟踪一大批载能入射粒子在固体内慢化过程的运动轨迹。 SRIM软件包是模拟计算离子在靶材中能量损失和分布的程序组。 本文选用SRIM2008软件包模拟Ni-Cr体系合金靶材在溅射过程中入射粒子与靶材固体的相互作用。 粒子的位置、 能量损失以及次级粒子的各种参数都在整个跟踪过程中存储下来, 最后得到各种所需物理量的期望值和相应的统计误差。 本文研究Ni-Cr系合金中溅射产额随溅射工艺参数的变化规律, 尤其是溅射产物的成分变化规律, 同时作为对比, 也模拟了Ni-Mo二元系合