[实用新型]多元合金薄膜的制备装置

说明书

本实用新型涉及多元合金薄膜的制备装置，包括连接有真空泵组的腔室、多个用于盛放高纯金属液的金属液容器、用于放置沉积基片的可转动基座、多个产生双脉冲激光的激光器组、基座控制器和数据采集控制单元，数据采集控制单元采集可转动基座的温度和位移信息，并控制脉冲加压设备的加压频率和多个激光器组的双脉冲激光的射出频率和能量，从而控制所述双脉冲激光轰击对应的脉冲液滴的频率和能量，实现等离子体薄膜沉积的自动控制。本实用新型的制备装置，可以快速地制备高低熔点相差较大的多元合金薄膜、多元合金的气体化合物薄膜、化学成分梯度变化的薄膜和厚度方向合金比例任意变化的多元合金薄膜。

技术领域

本实用新型涉及薄膜制备领域，特别涉及多元合金薄膜的制备装置。

背景技术

随着科学技术日新月异的发展，对材料的复合性能提出了越来越高的要求，一方面要求材料具有优良的强韧性、导电导热性，以承受机械载荷并达到长久使用的目的，另一方面又要求其能耐高温、耐热冲击、耐磨和高硬度等。新型功能薄膜材料应运而生，并得到了前所未有的发展，其中多元合金薄膜(如高熵合金薄膜)因其具有高温热稳定性、耐蚀性、高硬度和高抗氧化性等，成为一种极具发展潜力的新兴薄膜材料。

在多元合金薄膜的制备及性能研究中，增加或减少某些合金元素比例、改变薄膜成分在厚度方向上的变化规律以及形成多元合金的氮化物或碳化物薄膜等，均会改变薄膜特性或其与基体结合力，使其产生不一样的性能特点，从而应用于不同的场合。需要一套多元合金薄膜制备装置，可以任意设计合金成分比例，任意设计薄膜成分在厚度上的变化规律。

目前，多元合金薄膜的制备方法主要有磁控溅射法、电化学沉积法和激光熔覆法等。多元合金常选用Fe、Co、Cr、Ni、W、Mo、V、Mn、Ti、Zr和Cu等高密度过渡族金属元素作为主元素，这些元素大多具有高熔点；多元合金也掺入一些低熔点的元素，如：Al、Si、C、N和B等。由于合金元素高低熔点相差较大，磁控溅射法往往需要根据熔点范围制备多个两元或三元合金靶材，然后对多个靶材同时溅射沉积制备多元合金薄膜。磁控溅射法沉积速率低，所得薄膜成分和预先设计的差异较大。电化学沉积法制备多元合金薄膜需要配置多种电解液，某些元素无法通过电化学沉积在薄膜上，制备过程和膜厚不易控制。激光熔覆法常采用CO2激光器、固体激光器或半导体激光器直接在基体上熔融输送来的金属粉末，该方法制备所得涂层与基体附着性差，所得薄膜成分和预先设计的差异也较大，且所得薄膜中往往存在空隙、气孔等缺陷。

实用新型内容

本实用新型的目的是为解决以上问题的至少一个，本实用新型的目的在于提出一种多元合金薄膜的制备装置。通过本实用新型的制备装置，可以快速地制备高低熔点相差较大的多元合金薄膜，如高熵合金薄膜；可以快速制备多元合金的气体化合物薄膜；可以快速制备化学成分梯度变化的薄膜；可快速制备厚度方向合金成分比例任意变化的多元合金薄膜；使制备得到的合金薄膜成分与预先设计得更加一致。

根据本实用新型，提供一种多元合金薄膜的制备装置，包括连接有真空泵组的腔室、多个用于容纳高纯度金属液的金属液容器、用于放置沉积基片的可转动基座、多个产生双脉冲激光的激光器组、基座控制器和数据采集控制单元。

可转动基座位于腔室内，多个金属液容器位于腔室的外部，并与腔室连通，每个金属液容器均设有脉冲加压设备，将金属液以均匀脉冲液滴的形式压入腔室；多个激光器组与多个金属液容器一一对应，使得射出的多束双脉冲激光一一对应轰击多种脉冲液滴并产生相应的等离子体并溅射沉积在沉积基片上形成多元合金薄膜。

数据采集控制单元采集可转动基座的温度和位移信息，并控制脉冲加压设备的加压频率和多个激光器组的双脉冲激光的射出频率和能量，从而控制双脉冲激光轰击对应的脉冲液滴的频率和能量，实现等离子体薄膜沉积的自动控制。

基座控制器通过数据采集控制单元收集的基座的温度和位移信息，控制基座的温度、自转和移动。