合金薄膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬合金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高平整度的Ni5tjMn34In 12C〇4^^薄膜的 制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] Ni-Co-Mn-In單晶可在磁場作用下發(fā)生馬氏體逆相變，可使3%的預(yù)壓縮應(yīng)變完 全恢復(fù)，該過程中的理論輸出應(yīng)力可達(dá)l〇8MPa，較之Ni-Mn-Ga的輸出應(yīng)力高兩個數(shù)量級， 這項(xiàng)研究令磁驅(qū)動形狀記憶合金向?qū)嵱没~進(jìn)了巨大的一步。但是單晶材料制備工藝復(fù) 雜、成本高在一定程度上限制了它們的廣泛應(yīng)用。而Ni-Mn-Co-In多晶的晶粒取向不同， 相鄰晶粒之間存在應(yīng)變協(xié)調(diào)，所以形狀記憶效應(yīng)中的最大可逆應(yīng)變量較低，從而限制了其 廣泛應(yīng)用，很難滿足工程應(yīng)用及MEMS微器件發(fā)展的要求。目前已有諸多技術(shù)來制得合金 薄膜，主要包括磁控派射（Magnetron sputtering)技術(shù)、激光脈沖沉積（Pulsed Laser Deposition)技術(shù)和分子束外延（Molecular Beam Epitaxy)技術(shù)。研究表明，采用磁控派射 技術(shù)制備薄膜時(shí)由于受到濺射沉積速率的影響，使薄膜的化學(xué)成分偏離其化學(xué)計(jì)量比，尤 其是一些易揮發(fā)的元素偏離更為嚴(yán)重，因此磁控濺射技術(shù)不適合制備易揮發(fā)的鐵磁性形狀 記憶合金薄膜，而分子束外延技術(shù)由于其設(shè)備昂貴、維護(hù)費(fèi)用高，導(dǎo)致發(fā)展受到限制。脈沖 激光沉積（PLD)方法屬于非平衡制膜方法，該技術(shù)生長薄膜所要求的沉積溫度低，并且通 過非熱的薄膜沉積技術(shù)實(shí)現(xiàn)薄膜的同組分沉積。在沉積的過程中激光與靶材不可能出現(xiàn)相 分離，因而可以將靶材的化學(xué)和晶體學(xué)特性復(fù)制到薄膜上，實(shí)現(xiàn)薄膜的同組分沉積。另外， 在摻雜制膜的過程中，可使用多靶交替濺射沉積方法，通過控制每個靶材的脈沖數(shù)，制備任 意比例均勻摻雜的功能薄膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有鐵磁性形狀記憶薄膜粗糙度太大，成分偏離靶材，而提供一 種高平整度的Ni 50Mn34In12Co4^金薄膜的制備方法。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種高平整度的Ni50Mn34In 12Co4^金薄膜 的制備方法，包括以下步驟：按照摩爾份數(shù)比50:34:12:4分別取Ni、Mn、In、Co金屬單質(zhì)放 置于真空非自耗電極電弧爐中熔煉；將電弧爐內(nèi)抽真空至5X IO3Pa,充入保護(hù)氣，得到圓 形靶材；將處理后的基板與靶材置于真空系統(tǒng)中，抽真空至1.0 X 10 4Pa，基板溫度為500~ 750°C，基板與靶材距離為3~5cm。再用激光器發(fā)射激光，控制頻率為3~4Hz，濺射1~3 小時(shí)，優(yōu)選2小時(shí)，制得要求厚度的薄膜；最后經(jīng)過800~900°C退火3h，制備出高平整度的 Ni50Mn34In12Co4鐵磁性形狀記憶合金薄膜。該退火時(shí)間即為晶化時(shí)間，退火溫度優(yōu)選850 °C。 進(jìn)一步的，所述的基板溫度為550~700 °C。
[0005] 進(jìn)一步的，所述的Ni金屬單質(zhì)的純度為99. 99at. %。
[0006] 進(jìn)一步的，所述的Mn金屬單質(zhì)的純度為99. 95at. %。
[0007] 進(jìn)一步的，所述的In金屬單質(zhì)的純度為99. 99at. %。
[0008] 進(jìn)一步的，所述的Co金屬單質(zhì)的純度為99. 95at. %。
[0009] 進(jìn)一步的，所述的惰氣為氬氣。
[0010] 熔煉過程中為保證合金化學(xué)成分的均勻性，每次熔煉前將試樣翻轉(zhuǎn)至少四次并加 以磁攪拌。可以采用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)試樣翻轉(zhuǎn)，熔煉后得到直徑50mm的錠材。在砂輪上打磨后 將錠材放到電火花線切割機(jī)上切成尺寸為直徑3_X 2mm的圓形革巴材。
[0011] 進(jìn)一步的，所述的基板為石英玻璃基板，該基板的規(guī)格為30mmX30mmX3mm ;所述 的基板的處理方法為：玻璃基板先經(jīng)過去離子水洗，然后在丙酮中超聲10~15分鐘，再用 無水乙醇清洗，烘干。
[0012] 本發(fā)明還請求保護(hù)用上述方法制備的高平整度的附5(^]134111 12(：〇4合金薄膜。
[0013] 與現(xiàn)有的磁性形狀記憶合金Ni-Mn-In-Co薄膜不同，本發(fā)明的Ni5tiMn 34In12Co4鐵磁 性形狀記憶合金薄膜具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1、本發(fā)明制備的Ni5tiMn34In12Co 4^金薄膜的成分更精確，實(shí)現(xiàn)了與革El材成分一致 的多元化合物薄膜；
[0015] 2、本發(fā)明制備的Ni5tiMn34In12Co 4^金薄膜的粗糙度較低，其平均的粗糙度在45nm 左右；
[0016] 3、本發(fā)明制備的Ni5tiMn34In12Co 4^金薄膜的磁疇趨向一個方向排列，各向異性強(qiáng)；
[0017] 4、本發(fā)明所需原料價(jià)格低廉、儲量豐富，制備的合金薄膜韌性好、強(qiáng)度大，制備工 藝簡單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，為解決Ni-Mn-In-Co塊材缺陷提供了新的思路，對于的微智能化 和高集成化有著重要的實(shí)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明制備的Ni5QMn34In12C〇4合金薄膜的AFM形貌圖，其中（a)是基板溫度 700 °C制得合金薄膜的AFM形貌圖；(b)是基板溫度650 °C制得合金薄膜的AFM形貌圖；（c) 是基板溫度600 °C制得合金薄膜的AFM形貌圖；(d)是基板溫度550 °C制得合金薄膜的AFM 形貌圖；
[0019] 圖2為本發(fā)明制備的Ni5(]Mn34In12C〇4^金薄膜的磁疇形貌圖，其中（a)是基板溫度 700°C制得合金薄膜的磁疇形貌圖；(b)是基板溫度650°C制得合金薄膜的磁疇形貌圖；（c) 是基板溫度600°C制得合金薄膜的磁疇形貌圖；（d)是基板溫度550°C制得合金薄膜的磁疇 形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面通過實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的內(nèi)容，但不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，如無 特殊說明，本發(fā)明所涉及的實(shí)驗(yàn)藥品及原料均市售可得，本發(fā)明所使用的真空非自耗電極 電弧爐購自于沈陽科技儀器責(zé)任有限公司。T0L-25B準(zhǔn)分子激光器購自于安微光機(jī)所， PLD-450真空系統(tǒng)購自于沈陽科技儀器責(zé)任有限公司。CSPM5500型掃描探針顯微鏡購自于 本原納米儀器有限公司。
[0021] 實(shí)施例1
[0022] 試驗(yàn)合金靶材選用純度為 99. 99at. % -Ni、99. 95at. % -Mn、99. 99at. % -In、 99. 95at. % -Co四種金屬單質(zhì)，按照摩爾份數(shù)比取50份的Ni、34份的Mn、12份的In和4 份Co放入真空非自耗電極電弧爐中，熔煉前先將爐腔抽真空，真空度達(dá)5 X 10 3Pa后，充入 Ar保護(hù)氣。為了使材料成分均勻，每次熔煉前以機(jī)械手翻轉(zhuǎn)材料，至少熔煉翻轉(zhuǎn)4次，并在 熔煉過程中加磁力攪拌。熔煉后得到直徑50mm的錠材。在砂輪上打磨后將鑄錠放到電火 花線切割機(jī)上切成尺寸為直徑3mmX2mm的圓形祀材。選擇規(guī)格為30mmX30mmX3mm的石 英玻璃作為薄膜的基板。對石英玻璃基板進(jìn)行前處理：將石英玻璃基板經(jīng)過去尚子水洗，然 后在丙酮中超聲10~15分鐘，最后無水乙醇清洗，烘干。然后把圓形革E材和石英玻璃基板 放入PLD-450真空系統(tǒng)中，抽真空至I. 0 X 10 4Pa，石英玻璃基板溫度為700°C，石英玻璃基 板與靶材間距離為4cm。用T0L-25B準(zhǔn)分子激光器做為激光源發(fā)射激光，控制頻率為4Hz， 濺射2小時(shí)。通過控制激光打在Ni MMn34In12C〇4鐵磁性形狀記憶合金靶材上的時(shí)間來控制 薄膜的厚度。最后經(jīng)過850°C退火3h，制備出制備出附 5#113411112(：〇4鐵磁性形狀記憶合金薄 膜。
[0023] 實(shí)施例2
[0024] 試驗(yàn)合金靶材選用純度為 99. 99at. % -Ni、99. 95at. % -Mn、99. 99at. % -In、 99. 95at. % -Co四種金屬單質(zhì)，按照摩爾份數(shù)比取50份的Ni、34份的Mn、12份的In和4 份Co放入真空非自耗電極電弧爐中，熔煉前先將爐腔抽真空，真空度達(dá)5 X 10 3Pa后，充入 Ar保護(hù)氣。為了使材料成分均勻，每次熔煉前以機(jī)械手翻轉(zhuǎn)材料，至少熔煉翻轉(zhuǎn)4次，并在 熔煉過程中加磁力攪拌。熔煉后得到直徑50mm的錠材。在砂輪上打磨后將鑄錠放到電火 花線切割機(jī)上切成尺寸為直徑3mmX2mm的圓形祀材。選擇規(guī)格為30mmX30mmX3mm的石 英玻璃作為薄膜的基板。對石英玻璃基板進(jìn)行前處理：將石英玻璃基板經(jīng)過去尚子水洗，然 后在丙酮中超聲10~15分鐘，最后無