SiAlON/SiC复合膜可用做打印机头的保护膜,与传统打印机头相比,薄膜打印具有强度大、耐热性好、抗撕裂性好等优点。常用于高质量照片打印、广告耗材、医用打印胶片以及高档名片制作等。因此要求薄膜具有良好的均匀性和平整度,保障介质输送顺畅不卡纸;具有良好的耐温特性,避免打印过程的高温变形;具有良好的附着力和硬度则是为了保障其使用期限。碳化硅(SiC)有较佳的力学性质和电学性质,是实用范围较广的半导体材料之一。其禁带宽度大,优点有:高热传导率、高温抗氧化性、耐腐蚀、高化学稳定性等。作为半导体器件、刀具工件保护膜有极大的市场应用价值,已在核物理辐射处理器、宇宙空间探索器等高技术领域及车辆船只制造、石油化工等基础产业得到应用。塞隆(SiAlON)具有优异的机械性能和物理化学等性能,并且在抗热震检测试验中表现突出。SiAlON结合了氮化物和氧化物的性质,具有优异的工件拉伸韧性和耐磨损特性,这使得SiAlON可应用于高温结构组件以及切削刀具中,延长器件使用寿命,节约工业生产消耗成本。然而对于磁控溅射法制备SiAlON薄膜的研究却很少,Bodart等人通过离子注入的方法将氧和氮注入到溅射的SixAly薄膜中得到SiAlON沉积层,也有研究者采用射频溅射法和非平衡直流溅射法制备SiAlON膜。但是得到的SiAlON薄膜性能并不理想。鉴于其膜层的高附着力与实际应用,本实验采用SiAlON薄膜作为缓冲层制备SiAlON/SiC 复合膜。时至今日,射频磁控溅射法制备SiC薄膜的研究较为完备,而脉冲直流磁控溅射法制备SiC的研究尚不充分,且国内外极少有关于SiAlON薄膜以及SiAlON/SiC复合膜的研究报道。本文利用磁控溅射技术在玻璃、硅片和陶瓷片衬底上制备了 SiC膜、SiAlON膜和SiAlON/SiC复合膜,测试结果表明,薄膜的力学性能优良。(1)采用射频磁控溅射法室温下制备了一组不同偏压幅值的SiC膜,对膜层的形貌结构特性和力学特性分别进行了表征。结果如下:偏压幅值对薄膜表面形貌和结构特性均无明显影响,样品表面致密平整,均为非晶结构;当偏压幅值增大时,薄膜硬度和膜基附着力均表现出先增后减的趋势,在120V取得最大值。(2)采用脉冲直流磁控溅射法,在不同脉冲频率条件下制得SiC膜,并研究了脉冲频率变化对样品的表面形貌、结构特征和力学特征的影响。脉冲频率变化对膜层的结晶状况影响不大,当脉冲频率从0kHz到300kHz的变化中,所制得薄膜样品均是非晶结构;当溅射频率递增时,薄膜表面的颗粒尺寸有减小趋势,膜层更加致密光滑;由于位错的迁移和扩散在颗粒较小的薄膜中受到抑制,因此脉冲频率较高条件下制备的薄膜表现出更高的硬度值。当脉冲频率为250kHz时,薄膜硬度可达26.75GPa,并且实验具有可重复性。另外,本研究中制备的非晶SiC均表现出良好的膜基结合力,这使得薄膜在维持高硬度的情况下应用更加广泛。(3)实验采用射频磁控溅射法在室温条件下制得SiAlON薄膜,探究膜层性能随氧气通入量的变化规律。Ar流量设置为50sccm,N2流量设置为40sccm,氧气流量分别设置为3sccm、5sccm、8sccm和10sccm。通过对四组薄膜样品的测试和分析,得到以下结论:四组SiAlON样品全表现为非晶态结构,氧气流量的改变不足以改变SiAlON的薄层结构;SiAlON薄层表面形貌随着氧气通入量的增大颗粒略有增大;薄膜硬度随着氧气通入量的增加有增大后略微减小的趋势,在5sccm达到11.21GPa,接近于在8sccm处达到的最大值11.57GPa;附着力方面表现极为突出,随着氧气增多,附着力有增大趋势,整体变化幅度不大,均在72N以上。虽然当通入量为8、1Osccm的性能与之相差不悬殊,但秉持资源节约以及氧气通入过多有可能影响复合膜层的性能,因此选取5sccm为氧气通入量的最佳工艺参数。(4)选用第三章和第四章第一部分中最佳的实验方法和最优化的实验参数,在室温下沉积了有SiAlON缓冲层的SiC复合膜。SiAlON膜的制备选择射频磁控溅射法,SiC膜的制备选择直流脉冲磁控溅射法。本组样品中SiAlON缓冲层厚度为唯一变量分别为:500nm、1000nm、1500nm、2000nm、2500nm。SiC 膜层厚度统一为 1000nm。样品均平整致密,膜层表面颗粒有增大趋势。加入了 SiAlON缓冲层后,复合膜在保持SiC薄膜硬度高的优点下,附着力有着较大的提升。硬度值最高可达24.41GPa,附着力最高可达83N。膜层颗粒排列短程有序均呈现非晶态。采用磁控溅射法利用两种电源获得了力学性能较为突出的新型复合膜,截至目前尚未见到有关该复合膜力学性能的报道。