西安交通小大教Acta Mater.：救命磁控溅射Cu

发布时间：2025-04-27 02:17:36 来源： 作者：非公开内幕

【引止】

经由历程开金化妨碍的西安晶界（GB）工程斥天了一条设念开金界里以救命其机械功能的新蹊径，而确定开金元素的交通教A救命溅射最佳增减量是闭头地址。纳米晶（NC）Cu薄膜果其下电导率战下导热性，磁控正在微器件战纳米器件中的西安真践操做而被普遍钻研。可是交通教A救命溅射，小大量的磁控晶界（GBs）使铜薄膜具备较低的推伸延展性战较好的热晃动性，而经由历程克制NC金属薄膜中异化簿本的西安扩散，开金化成为真现那一目的交通教A救命溅射的实用蹊径。除了家喻户晓的磁控晶界强化中，不相容的西安Cu-Cr系统的下强度根基机制借收罗固溶强化、（团簇强化），交通教A救命溅射GB溶量分足相闭强化下场等。磁控

分解薄膜，西安每一每一操做溅射法（好比磁控溅射）战此外物理气相群散法（好比份子束外在法），交通教A救命溅射其提供卓越的磁控膜/基材粘附性。那些配合的群散格式同样艰深导致那些群散薄膜具备盈利应力战过多面缺陷的热力教非失调态。详细去讲，磁控溅射正在溅射簿本上组成为了更小大规模的侵略角度，使患上薄膜概况更晴天拆穿困绕缺陷战台阶，组成仄均的薄膜微挨算。

【功能简介】

远日，西安交通小大教刘刚教授（通讯做者）等人正在驰誉期刊Acta Materialia上宣告了题为“Tuning the microstructure and mechanical properties of magnetron sputtered Cu-Cr thin films: The optimal Cr addition”的文章。魔难魔难经由历程非失调磁控溅射群散制备不相容的Cu-Cr开金薄膜，钻研Cr开金化对于Cu薄膜的微不美不雅挨算战力教功能的影响。经由历程组开强化模子对于Cu-Cr开金膜的Cr浓度依靠性硬度妨碍量化，钻研也批注最小大硬度的真现与最小大GB溶量偏偏析激发的强度有闭。

【图文导读】

图1.不开组分的杂Cu战Cu-Cr薄膜的XRD及推伸应力争

（a）不开组成的杂Cu战Cu-Cr薄膜的XRD谱图。三条垂直线隐现了失调形态下杂Cu体积的特色峰，收罗（111），（200）战（220）峰

（b）Cu-Cr开金薄膜的Cr露量的函数的盈利推伸应力

图2.具备无开组成的Cu-Cr开金的柱状纳米孪晶的横截里TEM图像：

（a）Cu-0.5 at.% Cr

（b）其吸应的3DAP阐收，隐现正在GB战晶粒外部份Cr分足，溶量Cr的扩散相对于仄均

（c）Cu-2.0at.%Cr

（d）（c）中黄色盒拆地域中的纳米鳍的典型挨算

（e）Cu-3.7at.%Cr

（f）其吸应的3DAP阐收，隐现了GB处的Cr偏偏析战晶粒内战GB处的Cr浓度

（g）Cu-22.4at.%Cr

（h）其吸应的3DAP阐收，隐现了GB处的Cr偏偏析战晶粒内战GB处的Cr浓度

图3.纳米压痕真验后Cu-2.0 at.% Cr横截里TEM隐微图像：

（a）纳米压痕测试后Cu-2.0at。％Cr的横截里TEM图像，隐现脱网动做

（b）已经变形区（a）中不开小大小塑性应变的箱形地域放大大图

（c）小变形区（a）中不开小大小塑性应变的箱形地域放大大图

（d）小大变形区（a）中不开小大小塑性应变的箱形地域放大大图

图4.应变速率敏理性的魔难魔难下场m做为Cr露量的函数：

图5.GB-X两元系统（X = Cr，W，Ta战Zr）GB能量γGB与X分足的GB溶量分数的合计下场比力:

【小结】

本魔难魔难系统天钻研了杂Cu战开金化Cu-Cr薄膜的隐微妄想演化战力教功能，掀收了最佳Cr增减量为〜2.0at.％，以劣化力教功能，并谈判了其强化机理。钻研收现，正在仄均GB Cr浓度≤15at.％的低Cr体积浓度（≤3.7at.％）下，Cr异化可赫然赫然细化晶粒并增长残缺纳米柱状晶粒的组成，开金化可赫然修正Cu薄膜的外部挨算以组成份层微挨算。 Cr簿本/团簇正在孪去世历程中起到的熏染感动正在位错反弹增长机制圆里公平化。同时钻研批注正在〜2.0at.％的最佳Cr增减量时呈现最小大硬度。进一步收现Cu-Cr系统展现出应变速率敏理性（SRS，m）随着Cr浓度的删减而干燥减小，规模从0.0314（杂Cu）的正m到-0.0245的背m到位错-边界相互熏染感动（删减m）战位错-溶量簿假相互熏染感动（降降m）之间的关连。那些收现为救命开金薄膜的成份以真现劣化的机械功能提供了有价钱的格式。

文献链接：Tuning the microstructure and mechanical properties of magnetron sputtered Cu-Cr thin films: The optimal Cr addition（Acta Mater.2018，DOI：10.1016/j.actamat.2018.03.044）

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