[发明专利]一种筛选高熵合金成分的方法

说明书

本发明提供一种筛选高熵合金成分的方法，包括以下步骤：S1.设计光刻胶模板的图案；S2.通过光刻技术在基板表面制作模板图案的化学掩模版；S3.使用多靶共溅射在具有设计图案的化学掩模版的基板上沉积高熵薄膜；S4.表征高熵薄膜；S5.筛选出优异性能的高熵合金成分。本发明提升材料成分设计的效率节约成本：本发明的模板图案即可根据表征手段对样品的要求来设计，灵活性较强；提高筛选的精度，减小梯度密度。

技术领域

本发明涉及高熵合金技术领域，具体为一种筛选高熵合金成分的方法。

背景技术

高熵合金突破了传统合金设计的思路，增加了各类元素组合的可能和数量，在近二十年的研究中，高熵合金的定义及体系不断的推陈出新，从最初的金属材料发展到非金属材料，由块体到薄膜，纤维等，其制备技术也随之发展，从不同的研究角度取得了可观的成果。由于高熵合金组成元素多元化的特点，增加合金种类的同时，巨大的成分体系数量也成为高熵合金的设计和筛选的技术难点。目前高通量筛选高熵合金方法多见于物理掩模版磁控溅射和蜂窝状热等静压模具。由于与溅射基板直接贴合不紧密，造成模块之间有原子扩散，使得薄膜成分梯度精度有所降低；物理掩模版多使用不锈钢作为模板，通过设计不同模板图案对高熵合金筛选，但是有模板材质的限制，筛选数量有限，成分精度不够。蜂窝状热等静压法高通量筛选块体合金，所筛选的成分受到温度和压力的限制，所筛选的成分体系组成元素之间要求有相近的熔点，模具在高温高压下有软化的现象，筛选成分与模具成分之间存在相互扩散，对筛选的精确度有一定的影响。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提供一种筛选高熵合金成分的方法，使用化学掩模版筛选高熵合金有效成分，有效解决了筛选样品数量，尺寸精度和成分的梯度精度，通过设计模板的图案，灵活制备式样的形状，可以结合更多先进的表征方法，例如：原位压缩和拉伸。

一种筛选高熵合金成分的方法，包括以下步骤：

S1.设计光刻胶模板的图案，图案根据实验需要设计，可以是方形，原型尺寸不限；

S2.通过光刻技术在Si基片表面制作模板图案的化学掩模板；

S3.使用多靶共溅射在具有设计图案的化学掩模版的Si基片上沉积高熵薄膜；

S4.表征高熵薄膜的成分、结构、物理性能、化学性能等；

S5.筛选出优异性能的高熵合金成分。

本发明的模板图案的设计，可以控制筛选的数量和精度；图案形状不限于正方形，可结合表征手段设计，图形尺寸数量级最小可达到1um，尺寸的减小，数量在微米级时可以做到很大；使用光刻技术在硅片表面制作高通量筛选模板；通过磁控溅射的方法制备高通量薄膜。

本发明具有的技术效果：

(1)提升材料成分设计的效率节约成本：光刻技术及薄膜制备技术是非常成熟的，因此对于模板的制备是非常便捷的。高通最大的特点是实验一批多量。通过实验大量样品数据，提高筛选的工作效率，节省成本。

(2)参考价值：材料表现出的强度、塑性、韧性等宏观性能以及磁、光、电、热等功能性能是由各种各样的微观组织结构单元决定，关于微观和纳观力学尺度效应，已有大量工作证明，当材料特征尺寸(晶粒、厚度)远大于决定其力学特性的特征尺寸时(如位错相互作用特征尺寸为0.2～0.5um)，其力学性能与体材料相当，因此薄膜高通量筛选具有一定的参考价值。一般而言，材料的结构与力学性能之间的关系受到多种较为复杂的因素影响，包括材料的微观结构和变形历史，但是薄膜样品的数据对于材料结构性能之间关系的总体趋势是可以提供有价值的参考的。因此，从薄膜样品的成分-结构-性能相图出发，可以预测体材料的性能趋势，并制备相应的体材料进行验证性测试，以确定最终的材料性能参数区间。