1、本文利用磁控濺射技術(shù)在Si(100)基底、不銹鋼基底和鈦合金基底上合成TiN薄膜、TiN-Ag復(fù)合膜和TiN-Ag/TiN納米多層薄膜。利用表面輪廓儀、納米力學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，研究薄膜的表面硬度、彈性模量、應(yīng)力和薄膜與基底的結(jié)合力;通過(guò)X射線(xiàn)衍射(XRD)和掃描電子顯微鏡(SEM)研究了薄膜的微觀結(jié)構(gòu);通過(guò)X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)研究薄膜成分信息。探究實(shí)驗(yàn)條件對(duì)薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、成分及力學(xué)性能的影響，找出最佳制備工藝。在研究TiN薄膜和TiN

2、-Ag復(fù)合膜的基礎(chǔ)上制備TiN-Ag/TiN納米多層薄膜，試圖在保持良好力學(xué)性能的同時(shí)具有較好的細(xì)胞相容性。希望其應(yīng)用于人體種植牙、椎間融合器等生物醫(yī)學(xué)環(huán)境中。
　　使用TiN化合物靶通過(guò)磁控共濺射方法在Si(100)基底和不銹鋼基底上制備TiN膜。探索了工作氣壓、基底溫度和基底負(fù)偏壓對(duì)薄膜晶相結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響。XRD結(jié)果表明在工作氣壓為0.5 Pa下，適當(dāng)?shù)幕诇囟炔⑶逸^高的基底負(fù)偏壓時(shí)薄膜呈現(xiàn)TiN(111)擇優(yōu)取向，有利

3、于提高薄膜的硬度。當(dāng)基底負(fù)偏壓為-130 V，基底溫度為300℃時(shí)，薄膜具有最高的硬度36.0 GPa和彈性模量426.9GPa，此時(shí)臨界載荷42.3 mN。
　　利用多靶共濺沉積系統(tǒng)制備了TiN-Ag納米復(fù)合薄膜，主要分析了基底負(fù)偏壓，Ag的功率對(duì)薄膜結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和水接觸角的影響。XRD結(jié)果表明當(dāng)基底偏壓較低時(shí)出現(xiàn)了Ti2N(112)衍射峰，而Ag功率較低時(shí)主要呈現(xiàn)TiN(111)擇優(yōu)取向。當(dāng)提高Ag的功率時(shí)或基底偏壓時(shí)，除了

4、TiN(111)衍射峰，還出現(xiàn)了Ag的多種衍射峰，包括Ag(111)、Ag(200)、Ag(220)等。從SEM斷面圖中可看到平行的柱狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)偏壓較高時(shí)結(jié)構(gòu)變得疏松。XPS結(jié)果表明復(fù)合膜中Ag元素將會(huì)以單質(zhì)的形式存在，而Ti元素除了和N元素結(jié)合外，還會(huì)與膜中混有的O元素結(jié)合形成Ti-O鍵。通過(guò)對(duì)TiN薄膜和TiN-Ag復(fù)合膜的水接觸角的測(cè)試，TiN具有疏水性，但加入Ag元素的TiN-Ag復(fù)合膜的接觸角大幅減小，轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性材料。另外，

5、在Ag的功率為3W時(shí)薄膜硬度和彈性模量達(dá)分別到最高的33.5 GPa和388.5 GPa。
　　利用多靶共濺沉積系統(tǒng)制備了TiN-Ag/TiN多層膜，XRD和SEM分析顯示TiN-Ag/TiN形成了多層結(jié)構(gòu)，并出現(xiàn)了Ti4N3-x(101)和Ti2N(200)衍射峰，周期為30時(shí)的多層膜硬度和彈性模量達(dá)到最大值，分別為17.2 GPa和242.2 GPa。薄膜均表現(xiàn)為親水性，通過(guò)大鼠成骨細(xì)胞相容性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明鍍有TiN-Ag/T