[发明专利]一种形状记忆合金径向梯度薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种形状记忆合金径向梯度薄膜及其制备方法，属于功能梯度形状记忆合金薄膜领域。本发明要解决狭小空间中需要薄膜具备微小型、高致密性的技术问题。本发明方法：一、Si片依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；二、通过光刻技术将设计的图形转移到步骤一处理后的Si片上，保证Si片凹槽深度是薄膜单层厚度的奇数倍；三、采用双靶溅射的方式，在惰性气体保护下将Ti和Ni交替溅射到步骤二处理后的Si基片上，磨平；四、然后旋涂PMMA，再置于HF溶液中去除Si片，将突出部分磨平；五、然后置于丙酮溶液中去除PMMA；六、重结晶退火。本发明应用于生物医疗、航空航天等领域，传统记忆合金一般会实现单方向的弯曲，径向梯度薄膜可以实现多方向的弯曲。

技术领域

本发明属于功能梯度形状记忆合金薄膜领域；具体涉及一种形状记忆合金径向梯度薄膜及其制备方法。

背景技术

功能梯度材料是一种由两相或多相材料组成的结构和性能在材料厚度或长度方向连续或准连续变化的非均质复合材料，它具有许多普通复合材料不具备的优异性能，如消除应力集中、减小残余应力、增强连接强度、减小裂纹驱动力等。形状记忆合金是一种新型智能材料，由于其独特的形状记忆性能和伪弹性，已广泛应用于军事、航空航天、医疗、生物等领域。功能梯度形状记忆合金是一种兼备功能梯度材料特性和形状记忆合金特性的新型功能材料。将形状记忆合金与不同的材料复合，可得到具有不同优异性能的功能梯度-形状记忆合金材料。如NiTi-TiC功能梯度形状记忆合金，NiTi形状记忆合金可以降低最大应力，适应大变形的需要，并能有效地吸收能量，缓解冲击碰撞导致的材料破坏。TiC具有耐磨损、强度高等特性。两种材料复合而成的材料一侧具有形状记忆合金良好的相变特性，另一侧具有TiC的抵抗磨损的特性，而且两种材料成分梯度变化，完美结合，消除了应力集中带来的材料破坏；但是在某些空间狭小的环境，需要材料同时具备微小性、高精度并可产生复杂形变时，这种形状记忆合金梯度薄膜的制备就有些困难。

现有制备形状记忆合金薄膜的方法有真空蒸发法，但由于Ti和Ni的蒸气压不同，导致蒸发速率不同。在最初阶段，Ni的蒸发速率比Ti高，形成富Ni的薄膜，随着沉积过程进行，在熔化的源中Ni含量减少，Ti的蒸发速率开始高于Ni，形成富Ti的薄膜，采用这种方法制备的TiNi薄膜在深度分布上不均匀，有一个从富Ni到富Ti的过程。研究者还发展了许多其它制备形状记忆合金薄膜的方法，如离子束增强沉积的方法、激光熔融方法等。但这些方法均无法同时满足微小型、高致密性、高速性的特点。

发明内容

本发明旨在提供微小空间用形状记忆合金梯度薄膜及其制备问题；本发明将磁控溅射法溅射形状记忆合金与基底形貌设计结合制备形状记忆合金径向梯度薄膜，使产品呈现不同“图案”，本发明解决了狭小空间中需要薄膜具备微小型、高致密性的问题，本发明实现批量快速生产。

为解决上述技术问题，本发明中一种形状记忆合金径向梯度薄膜沿水平方向由依次一体化多个薄膜组件的连接结构；其中，同一薄膜组件沿垂直方向是由Ti薄膜层和Ni薄膜层相互交替叠加而形成的，相邻的薄膜组件的同一水平面Ti薄膜层和Ni薄膜层交替出现，Ti薄膜层和Ni薄膜层的厚度相同且均具备形状记忆效应；具体是通过下述步骤实现的：

步骤一、Si片依次用去离子水、丙酮、无水乙醇超声清洗；

步骤二、通过光刻技术将设计的图形转移到步骤一处理后的Si片上，之后进行湿刻，保证Si片凹槽深度是薄膜单层厚度的奇数倍；

步骤三、采用双靶溅射的方式，在惰性气体保护下将Ti和Ni交替溅射到步骤二处理后的Si基片上，磨平；

步骤四、然后旋涂PMMA，再置于HF溶液中去除Si片，将突出部分磨平；

步骤五、然后置于丙酮溶液中去除PMMA；

步骤六、重结晶退火；得到形状记忆合金径向梯度薄膜。

进一步限定，采用TiNi薄膜层替换Ti薄膜层，同时用Cu薄膜层或者Al薄膜层替换Ni薄膜层。