[发明专利]一种多元难熔金属元素共掺杂纳米NiAl基合金薄膜及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种多元难熔金属元素共掺杂纳米NiAl基合金薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1）：通过拼接扇形靶材分别确定多元难熔金属元素合金靶材和NiAl基合金靶材的配比，并安装至靶材固定位置；拼接后的圆盘状靶材直径为60 mm，厚度为3~5 mm；

步骤（2）：将厚度为0.3~0.6 mm且表面附有300~500 nm的SiO₂的单晶Si片衬底，即基片，依次用丙酮和乙醇超声清洗，吹干后，放入超高真空磁控溅射设备基片台上，准备镀膜；

步骤（3）：关闭超高真空磁控溅射设备的腔体盖板，并抽真空到10^-4 Pa以下，加热基片，加热温度为200 ~ 300℃；

步骤（4）：充入纯度为99.999％的Ar气，调节Ar气流量30 ~ 80 sccm，在基片上施加-60~ -100 V的偏压，预溅射20 ~ 30 min，清洗基片；

步骤（5）：直流共溅射拼接的多元难熔金属元素合金靶材和NiAl基合金靶材，其靶材功率分别为20 ~ 200 W与300 ~ 500 W ，溅射总时间为1 ~ 2 h；

溅射结束关闭电源，取出溅射后的单晶Si片衬底，700℃高温退火后，获得退火态薄膜，退火态薄膜平均晶粒尺寸为26.3 nm，硬度为14.2 GPa；

步骤（1）中，所述多元难熔金属元素合金靶材的扇形拼接靶方式为以对称分布的方式拼接扇形的、靶材纯度超过99.99 wt.％的W靶、Mo靶或Ta靶中的两种或三种单质靶材，所组成圆盘状靶材中W、Mo或Ta靶材面积百分比范围为30% ~ 60%；

步骤（1）中，所述NiAl基合金靶材的扇形拼接靶方式为以对称分布的方式拼接扇形的、靶材纯度超过99.99 wt.％的Ni靶与Al靶，以组成圆盘状靶材，其中Ni靶与Al靶面积百分比为Ni 60～90 %，Al 10～40 %。

2.根据权利要求1所述的一种多元难熔金属元素共掺杂纳米NiAl基合金薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述单晶Si片衬底晶面为（111）、（001）或（011），溅射前由丙酮和乙醇清洗20 ~ 30 min。

3.根据权利要求1所述的一种多元难熔金属元素共掺杂纳米NiAl基合金薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（3）进行基片加热前，腔体真空度在1×10^-4 Pa以下；随后加热升温，升温速率为30~80℃/min，使温度迅速上升到200 ～ 300 ℃，保温直到溅射完成。

4.根据权利要求1所述的一种多元难熔金属元素共掺杂纳米NiAl基合金薄膜的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，靶材间共溅射倾斜角为20 ~ 45°，靶基距为90 ~ 110 mm。

5.采用权利要求1~4任意一项所述的一种多元难熔金属元素共掺杂纳米NiAl基合金薄膜的制备方法获得的薄膜。

6.根据权利要求5所述的薄膜在高温微机电系统支撑构件中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于：所述高温微机电系统支撑构件包括深井钻探遥感模块、微型航天器、微型发动机传感动力控制模块以及发动机排气传感模块的支撑结构部件；所述高温为在700℃以下。