聚碳酸酯上大面积防护性(Ti,Al)N涂层的沉积
应用物理
2023-05-30 v1 材料科学
摘要
聚碳酸酯(PC)与防护性(Ti,Al)N涂层表现出极为不同的材料特性，具体体现在晶体结构、热稳定性、弹塑性行为以及热膨胀系数上。这些差异给沉积工艺开发带来了巨大挑战，因为必须探索低温合成路径以避免聚合物基板的热过载。本文开发了一种大面积溅射工艺，通过系统调节靶峰值功率密度与占空比来应对这些挑战。在脉冲直流磁控溅射范围内获得了具有2.2 ± 0.2 GPa临界残余拉应力的附着(Ti,Al)N涂层，而通过高功率脉冲磁控溅射实现更高靶峰值功率密度的沉积则导致应力诱导的附着和/或内聚失效。将应力优化后的(Ti,Al)N涂层以靶峰值功率密度0.036 kW cm⁻²和占空比5.3%沉积于PC上，并通过划格试验确认了附着力。通过研究PC | (Ti,Al)N界面的键合形成，X射线光电子能谱识别出主要为界面CNx键以及少量(C-O)-(Ti,Al)键，表明沉积过程中烃基与碳酸酯基团发生了反应。纳米压痕显示(Ti,Al)N涂层的弹性模量为296 ± 18 GPa，而在硼酸盐缓冲溶液中进行电化学阻抗谱时形成了Ti-Al-O层，表明发生了防护性钝化。本工作表明，软聚合物基板与硬涂层界面处极端材料差异所带来的挑战，可通过系统改变脉冲参数以降低薄膜残余应力来加以解决。
引用
@article{arxiv.2305.17459,
title = {Large-area deposition of protective (Ti,Al)N coatings onto polycarbonate},
author = {Lena Patterer and Sabrina Kollmann and Teresa de los Arcos and Leonie Jende and Soheil Karimi Aghda and Damian M. Holzapfel and Sameer Aman Salman and Stanislav Mráz and Guido Grundmeier and Jochen M. Schneider},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.17459},
year = {2023}
}