基體溫度對鈦膜表面形貌和力學性能的影響研究

王杏 馬明旺 萬瑞蕓 王磊 談效華

（中國工程物理研究院 電子工程研究所 綿陽 621999）

鈦及其合金具有密度小、強度高、耐腐蝕性能好、生物相容性高等優點，是軍事、航空航天、船舶、核能、生物醫學等領域中的重要材料［1-5］；鈦膜也因其較高的硬度、良好的致密性等特性，在材料表面防護、增韌等方面得到廣泛應用［6-7］。鈦膜制備有多種方式，如電阻蒸發鍍膜、電子束蒸發鍍膜、磁控濺射鍍膜、離子束沉積等，其中，電阻蒸發鍍膜具有沉積速率快、成本低的優點，成為薄膜制備的常用方法。鈦膜制備過程中，基體的物理性質與表面狀態、工藝參數（如基體溫度、工作氣體壓力等）都會影響鈦膜的表面形貌及晶粒取向，進而對鈦膜性能產生影響［8-12］。在諸多因素中，基體溫度是影響薄膜生長過程的關鍵。依據M-D（Movchan Demchishin）模型［13］，基體溫度直接影響薄膜的晶粒組織結構，進而改變薄膜的力學性能。因此開展基體溫度與鈦膜力學性能之間關系的研究具有重要意義。

到目前為止，基體溫度對鈦膜的影響研究已經取得較豐富的結果。比如，Chang等［14］發現基體溫度處于室溫到150 ℃范圍時，鈦膜的彈性模量及硬度均隨溫度的上升而不斷增加。Dariani等［15］對比了基體溫度分別為室溫與250 ℃時制備鈦膜的表面形貌的差異，發現250 ℃制備鈦膜的平均晶粒尺寸更大。Arshi等［16］研究了基體溫度在室溫到300 ℃范圍內鈦膜表面形貌及擇優取向的變化規律，發現隨著基體溫度的升高，鈦膜擇優取向由（200）變為（111），平均晶粒尺寸也不斷增大。……