中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心知识库

目的 研究磁控溅射过程氮气(N2)流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响，为设计新型结构hBN薄膜提供新思 路。 方法 利用中频电源磁控溅射硼靶，调节不同N2流量(依次为6、12、18、24、30和36 sccm)，沉积4小时后得到hBN薄膜，使 用表征工具分析了N2流量对hBN薄膜的组成、微观结构、表面形貌以及力学性能的影响。最后使用透射电子显微镜和选区电子衍 射对所制备薄膜的纳米晶粒尺寸和晶体点阵结构进行分析。 结果 XRD结果显示薄膜物相主要为hBN。XPS说明所制备薄膜为富 硼hBN薄膜。薄膜的硬度和弹性模量随N2引入量增加呈现“先下降后上升”的趋势，最大硬度可达7.21 GPa，对应弹性模量为116.78 GPa。薄膜最低的硬度值为1.2 GPa，弹性模量为32.68 GPa。薄膜弹性破坏应变（H/E*）和塑性变形抗力（H3 /E*2）值随N2引入量 增加也呈现“先上升后下降”趋势，硬度最高薄膜对应H/E*值为6.41410-2，H3 /E*2值为29.2710-3 GPa，最低硬度值对应H/E*值为 3.81910-2，H3 /E*2值为1.7710-3 GPa。透射结果显示，当N2引入量从6 sccm逐渐增加到36 sccm时，薄膜微观结构由结晶较差的卷 曲结构过渡到局部纳米晶结构，最后形成结晶性较好的卷曲结构，并再次证明所制备薄膜为hBN。结论 在中频磁控溅射沉积hBN 薄膜时，通过调整N2流量可以有效调节薄膜的特殊组成和结构发生转变，进而影响薄膜的力学性能。