一种Ti掺杂TiN的导电涂层及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Ti掺杂TiN的导电涂层及其制备方法，通过调节磁控直流溅射的溅射功率来调控Ti原子的溅射产量和调节衬底温度来调控Ti原子的扩散迁移速度协同作用来调控涂层中Ti原子的掺杂量以能够使得涂层中Ti原子与N原子比值＞1，从而改变涂层中的载流子浓度并产生电导，调节磁控直流溅射的溅射功率为100～250W，调节改变衬底温度为150～450℃，其工艺简单，该涂层具有良好的耐磨耐腐蚀性能，在保证涂层良好的力学性能和机械性能的基础上，提高了涂层的导电性能，在产业化应用范围更广。在产业化应用范围更广。在产业化应用范围更广。

【技术实现步骤摘要】
一种Ti掺杂TiN的导电涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及先进涂层制备
，具体涉及一种Ti掺杂TiN的导电涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]TiN硬质涂层以其制备工艺成熟稳定、价格低廉以及耐磨耐腐蚀特性好，而广泛应用于切削工具和机械零件的硬质涂层保护膜。如把氮化钛涂层镀在表壳、表带和其它日用品的表层，其耐腐蚀和耐磨性远超过镀金层和其它仿金合金镀层。近年来，随着科技的发展和工业的需求，TiN涂层在MEMS、太阳能电池的背电极、燃料电池、纳米生物技术、节能镀膜玻璃等领域的应用需求也在不断上升。因此，关于TiN涂层的研究已经从原有的注重力学和机械性能，逐渐转向光电等物理性能。
[0003]目前人们的研究还是主要集中在TiN涂层的耐磨耐腐蚀等化学和机械性能上，对其电学和光学性能的研究相对较少。并且，由于TiN涂层中Ti原子与N原子比变化范围很窄，而N原子与Ti原子比的变化范围则很宽，因此，如何拓宽Ti原子与N原子比的变化范围，提升TiN涂层的导电性能是研究者目前研究的重点。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种Ti掺杂TiN的导电涂层及其制备方法，其工艺简单，该涂层具有良好的耐磨耐腐蚀性能，在保证涂层良好的力学性能和机械性能的基础上，提高了涂层的导电性能，在产业化应用范围更广。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种Ti掺杂TiN的导电涂层，该涂层具有微纳米结构，且涂层中Ti原子与N原子比值＞1。
[0007]本专利技术提供一种Ti掺杂TiN的导电涂层及其制备方法，其工艺简单，该涂层具有良好的耐磨耐腐蚀性能，在保证涂层良好的力学性能和机械性能的基础上，提高了涂层的导电性能，在产业化应用范围更广。
[0008]本专利技术还提供一种Ti掺杂TiN的导电涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0009]通过调节Ti原子的溅射量和调控Ti原子的扩散、迁移速度协同作用来调控涂层中Ti原子的掺杂量以能够使得涂层中Ti原子与N原子的比值＞1，从而改变涂层中的载流子浓度并产生电导。
[0010]作为优选技术方案，通过调节磁控直流溅射的溅射功率来调节Ti原子的溅射产量，调节磁控直流溅射的溅射功率为100～250W。
[0011]作为优选技术方案，通过调节衬底温度来调节Ti原子的扩散和迁移速度，调节改变衬底温度为150～450℃。
[0012]作为优选技术方案，包括以下步骤：
[0013]S1对基体进行打磨抛光处理得到打磨抛光后的基体；
[0014]S2将打磨抛光后的基体浸入乙醇溶液中进行超声波激励，再浸入去离子水中进行超声波清洗得到超声清洗后的基体；
[0015]S3将超声清洗后的基体进行烘干处理得到烘干后的基体；
[0016]S4将烘干后的基体置于溅射室内，进行真空抽取；
[0017]S5当S4中溅射室内的真空气压≥8.0
×
10
‑4Pa后，通入氩气，对Ti靶材进行预溅射，除去Ti靶材表面附着的杂质；
[0018]S6当S5中的预溅射结束后，通入氮气进行反应直流磁控溅射，调节改变衬底温度，镀制Ti掺杂TiN的导电涂层，得到产品。
[0019]作为优选技术方案，步骤S2中乙醇溶液超声波激励时间为5～10min，去离子水超声波清洗时间为10～20min。
[0020]作为优选技术方案，步骤S3中烘干处理温度为50～80℃，烘干处理时间为60～100min。
[0021]作为优选技术方案，步骤S4中对溅射室内抽取真空时，先进行低真空的抽取，当溅射室内气压＜0.5Pa以后，再进行高真空的抽取。
[0022]作为优选技术方案，步骤S5中通入氩气流量为30～80sccm，预溅射气压为0.2～0.8Pa,预溅射功率为80～200W，预溅射时间为10～60min。
[0023]作为优选技术方案，步骤S6中通入氮气流量为2～15sccm，氮气沉积时间为30～60min，反应直流磁控溅射的Ti靶溅射功率为100～250W，调节改变衬底温度为150～450℃。
[0024]本专利技术提供的Ti掺杂TiN导电耐腐蚀涂层及制备方法，具有以下有益效果：
[0025]1)该方法在磁控溅射镀制TiN涂层过程中，采用调节溅射功率来调控Ti的溅射产量，调节衬底温度来调控Ti原子的扩散和迁移速度，从而使Ti原子在TiN晶体结构中的掺杂含量可控可调，拓宽Ti原子与N原子的比值变化范围，制备出导电性能良好的TiN耐腐蚀涂层；
[0026]2)与传统掺杂工艺相比，本专利技术提供的Ti掺杂TiN导电耐腐蚀涂层的制备方法的工艺简单，操作方便，只需协同调节多种溅射工艺即可达到掺杂目的，减少了传统掺杂制备时的复杂工艺，并且Ti掺杂TiN导电耐腐蚀涂层只含Ti、N两种元素，涂层成分更纯净单一；
[0027]3)与未掺杂Ti涂层相比，本专利技术提供的Ti掺杂TiN导电耐腐蚀涂层的电导率都有不同程度的提高，当调节溅射功率为150W和调节衬底温度为300℃时，Ti原子与N原子的比值为1.10，拓宽Ti原子与N原子的比值变化范围，本专利技术提供的Ti掺杂TiN导电耐腐蚀涂层的电导率与未掺杂Ti涂层的电导率相比提高了3倍多，说明Ti的掺杂显著改善了涂层的导电性能。
附图说明
[0028]图1为本专利技术制备的Ti掺杂TiN导电耐腐蚀涂层的XRD图；
[0029]图2为本专利技术制备的Ti掺杂TiN导电耐腐蚀涂层的SEM图；
[0030]图3为本专利技术制备的Ti掺杂TiN导电耐腐蚀涂层中Ti原子与N原子的比值曲线图；
[0031]图4为本专利技术制备的Ti掺杂TiN导电耐腐蚀涂层的电导率图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施方式。
[0033]能够理解，本专利技术是通过一些实施例达到本专利技术的目的。
[0034]本专利技术提供的Ti掺杂TiN的导电涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0035]通过调节磁控直流溅射的溅射功率来调控Ti原子的溅射产量和调节衬底温度来调控Ti原子的扩散和迁移速度协同作用来调控涂层中Ti原子的掺杂量以能够使得涂层中Ti原子与N原子比值＞1，从而改变涂层中的载流子浓度并产生电导，调节磁控直流溅射的溅射功率为100～250W，调节改变衬底温度为150～450℃。
[0036]本专利技术提供的Ti掺杂TiN的导电涂层的制备方法，具体包括以下步骤：
[0037]S1将基体分别用由粗到细的砂纸打磨，然后抛光处理得到打磨抛光后的基体；
[0038]S2将经步骤S1得到的打磨抛光后的基体浸入乙醇溶液中进行超声波激励5～10min，再浸入去离子水中进行超声波清洗10～20min得到超声清洗后的基体；
[0039]S3将经步骤S2得到的超声清洗后的基体表面用显微镜专用镜头纸擦拭干净，于50～80℃温度下在鼓风干燥箱中进行烘干60～100mi本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ti掺杂TiN的导电涂层，其特征在于，该涂层具有微纳米结构，且涂层中Ti原子与N原子比值＞1。2.一种Ti掺杂TiN的导电涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：通过调节Ti原子的溅射量和调控Ti原子的扩散、迁移速度协同作用来调控涂层中Ti原子的掺杂量以能够使得涂层中Ti原子与N原子的比值＞1，从而改变涂层中的载流子浓度并产生电导。3.根据权利要求2所述的Ti掺杂TiN的导电涂层的制备方法，其特征在于，通过调节磁控直流溅射的溅射功率来调节Ti原子的溅射产量，调节磁控直流溅射的溅射功率为100～250W。4.根据权利要求2所述的Ti掺杂TiN的导电涂层的制备方法，其特征在于，通过调节衬底温度来调节Ti原子的扩散和迁移速度，调节改变衬底温度为150～450℃。5.根据权利要求2所述的Ti掺杂TiN的导电涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1对基体进行打磨抛光处理得到打磨抛光后的基体；S2将打磨抛光后的基体浸入乙醇溶液中进行超声波激励，再浸入去离子水中进行超声波清洗得到超声清洗后的基体；S3将超声清洗后的基体进行烘干处理得到烘干后的基体；S4将烘干后的基体置于溅射室内，进行真空抽取；S5当S4中溅射室内的真空气压≥8.0
×
10
‑4Pa后，通入...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，王弘喆，崔雄华，杨哲一，崔锦文，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：