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各种化肥管基体的磨损特性

作者:东昌汇丰  发表时间:2021-08-16 浏览:

  用离子束辅助沉积技术在9Cr18钢基体上形成了TiCxNy 膜.TEM观察膜呈多晶结构,具有(111),(200)和(220)择优取向.AES和XPS分析进一步证实,TiCxNy膜呈含氧配置.膜的硬度与N 含量有关,化肥管N的含量过高时硬度下降.在本实验条件下以离子注量为3×1017/cm2时硬度最高,干摩擦表明膜的抗氧化性能优良,它的存在能有效抑制基体 在摩擦过程中氧化皮的形成,显著改善基体的磨损特性,并能使基体由粘着磨损向磨粒磨损转化.用离子束辅助沉积(IBAD) 技术在TC4钛合金和9Cr18,GCr15钢基体上形成了TiCxNy膜,TEM观察发现膜均呈多晶结构,都具有(111),(200)和(220)择 优取向.AES和XPS分析进一步证实,TiCxNy膜呈含氧配置.膜的硬度和摩擦特性与N含量有关,总的趋势是N的含量过高,其硬度与摩擦性能均下降. 在本试验条件下,以注入量3×1017ions/cm2的辅助剂量最佳.干摩擦表明膜的抗氧化性能优良,能有效抑制基体在摩擦过程中氧化膜的形成.又由于 膜的硬度高,润滑性良好,各种基体的磨损特性都得到了显著改善.集成电路自诞生以来不断飞速发展,而铜也早已取代了化肥管成为新一代的互连材料.为了阻止铜与硅基体之间的扩散反应引起微电子元器件性能受到影响并且提高铜与硅衬底的粘附性,必须在铜互连线外包裹一层扩散阻挡层

  采用离子束辅助沉积技术制备了Cu(C)合金薄膜自形成扩散阻挡层,并研究了离子束辅助沉积工艺中沉积温度,辅助离子束能量和离子原子到达比分别对Cu(C)薄膜微观结构,电学性能以及扩散阻挡性能的影响,得出如下结论:(1)随着辅助源离子束能量的增加(0,0.1,0.2,0.3,0.4 keV),Cu(C)薄膜的表面粗糙度逐

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步上升,晶粒尺寸和薄膜内部的缺陷密度呈现先减小后增大的趋势,由此导致在镀态时,薄膜的电阻率也是先减小后增大,在辅助源离子束能量为0.1 keV时,薄膜拥有最小的电阻率.辅助源离子束能量为0.4 keV的薄膜,由于能量过高,化肥管沉积过程中的热效应使得薄膜在镀态时就提前形成了SiC相作为扩散阻挡层,其热稳定性最好,达到400℃,1 h.(2)控制沉积温度在100℃及以上的时候,Cu(C)薄膜和Si基体的交界面上自发形成了Si C相和非晶碳层,其有效阻止了薄膜即使处于400℃退火一个小时的条件下Cu与Si之间的互扩散反应,并形成深能级杂质Cu_3Si.但是当沉积温度到达200到300℃时,薄膜中的Cu原子发生了严重的团聚现象,导致薄膜中大量缺陷形成,并在退火后使薄膜极易被氧化,造成电阻率陡然上升.化肥管鉴于沉积温度为100℃的薄膜在退火后依然保持着最低的电阻率,为4.44μΩ?cm,我们得出结论,当控制沉积温度为100℃时,最有利于Cu(C)薄膜自形成扩散阻挡层获得最低的电阻率和最优越的热稳定性.(3)随着化肥管离子原子到达比的逐渐增大,初期增加了薄膜沉积原子的迁移率,增加了形核率,使得Cu(C)合金薄膜的致密性提高,薄膜的缺陷密度减小,后期离子原子到达比过高,薄膜内应力急剧增大,导致化肥管内部缺陷密度大幅增加,因此沉积态薄膜电阻率的变化趋势是先减小后增大,离子原子到达比为0.635的Cu(C)薄膜拥有最低的电阻率,同时又兼具有最佳的热稳定性和扩散阻挡性能.


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