本文結合多弧離子鍍和磁控濺射兩種鍍膜方法的優點，制備了TiN/SiO2 復合薄膜。通過掃描電鏡可以觀察到，制備的復合膜比單純的氮化鈦薄膜更加致密和光滑，基本消除了大顆粒的影響。另外，可以通過控制濺射SiO2 的時間實現對膜層色度的控制。在本文的試驗條件下，當氧化硅濺射時間為30 min時，得到的膜層為咖啡色，當氧化硅濺射時間為1 h，膜層為玫瑰紅色。采用兩種鍍膜手段聯用的方法，可以得到高品質，顏色豐富的膜系。

　　氮化鈦膜是一種黃色系的裝飾涂層，且具有良好的耐磨性，因此在裝飾領域應用非常廣泛。采用多弧離子鍍法在金屬表面制備氮化鈦裝飾層具有成膜速度快，膜層和基底結合力好的優點，被國內許多裝飾鍍膜相關的廠家所采用。但是這種鍍膜方式也存在著一些不足：

　　①色度難控制：這是因為在離子鍍膜過程中首先將鍍膜材料蒸發成蒸氣，是一個快速不易精確控制的過程，導致膜層的厚度不容易控制，為了得到特定厚度和色系的薄膜，鍍膜時間需要精確到秒，因此，對操作人員提出很高的要求，需要操作人員具有豐富的經驗；

　　②“大顆粒”污染問題：多弧離子鍍膜過程中，由于電弧陰極斑在靶材表面滾動燃燒時不斷產生中性團簇，這些團簇與等離子體一道噴發出來，沉積到膜層表面，形成大顆粒，造成表面的污染，進而影響膜層的性能。

　　用磁控濺射設備制作膜材料是在20世紀40年代發展起來的，并隨著晶體管和CD 等的發展而得到普及和廣泛應用，逐步成為產品制造的一種常用手段。磁控濺射鍍膜，膜厚容易控制且膜層致密：控制真空室中的氣壓、濺射功率，基本上可獲得穩定的沉積速率，通過精確地控制濺射鍍膜時間，容易獲得均勻的高精度的膜厚和致密的膜層。

　　因此，在本文，結合兩種鍍膜技術的優點，研制了氮化鈦/ 氧化硅裝飾膜。先通過離子鍍得到一定厚度的氮化鈦膜層，然后通過磁控濺射的方法在氮化鈦膜層上濺射一層SiO2。濺射的SiO2 可以對氮化鈦膜層進行修飾并對大顆粒進行覆蓋。真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為，得到的TiN/SiO2 復合膜非常致密，且顏色可以通過濺射氧化硅的時間來調控，豐富了膜系的顏色，提高了裝飾效果。

1、試驗

　　1.1、樣品制備

　　試驗中采用的基底為不銹鋼基底，尺寸為1 m×1 m。所有試樣表面經拋光呈鏡面狀，然后分別在清洗液、丙酮、酒精中超聲波清洗各30 min，壓縮空氣吹干。TiN 膜通過多弧離子鍍進行沉積，樣品在鍍膜室內Ar 離子濺射清洗5 min 后開始沉積TiN，靶材為Ti 靶，純度為99.99%，靶室真空度3.2×10^-1 Pa。鍍膜工藝參數為N2 流量3.2×10^-5 m³ min^-1，Ar 流量為1.9 ×10^-5 m³ min^-1，濺射電壓為500 V，濺射電流為30 A，濺射時間為10 min。TiN 沉積完成后，在TiN 上進一步濺射SiO2膜。濺射用的靶材為SiO2，純度為99.99%。實驗中用Ar 氣作濺射氣體，并通入適量的氧氣，待電流和電壓充分穩定后再進行濺射。濺射時工作氣壓為0.7 Pa，自偏壓為620 V，濺射電壓為450 V，電流為0.16 A，濺射功率為80 W，鍍膜時間分別為30 min。

　　1.2、樣品測試設備

　　X- 射線衍射儀的型號為X’Pert Pro MPD，測試條件是0.02° 2θ s^-1。膜層的形貌通過S-4800場發射掃描電鏡(FESEM，Hitachi，Japan)觀測。表面成分用X 射線能量色散譜儀(EDS)進行分析。反射光譜通過Lambda 750 紫外/ 可見/ 近紅外分光光度計測試，通過測試樣品的漫反射得到反射率。

2、結果與討論

　　圖1a 為不銹鋼基底的XRD 圖，在40°以后出現了不銹鋼的一系列特征峰。圖1b 為只鍍了氮化鈦的樣品的XRD 圖，和圖1a 相比，在36.8°出現了一個新的峰，對應于Ti2N 的(112)晶面，證明了有Ti2N 生成。圖1c 為氮化鈦/ 二氧化硅膜的XRD 圖，和圖1b 相比，沒有新峰的出現，說明形成的氧化硅為無定型的結構。從熱力學角度看，薄膜的晶化需要克服一定的勢壘，由于本實驗中，SiO2 薄膜沉積是在無加熱的條件下進行的，鍍膜過程中薄膜的溫度不能達到SiO2 晶態轉變溫度，因此得到的二氧化硅為無定形的結構。

圖1 (a)不銹鋼基底、(b)TiN 膜和(c)TiN/SiO2 膜的XRD 圖

　　圖2 是TiN/SiO2 膜表面的EDS 圖，在圖上除了可以看到不銹鋼的組成元素(Fe、Mn、Ni、Cr)和Ti 元素以外，還可以明顯的看到Si 和O 元素的峰，這也間接證明了膜層中二氧化硅的存在。

圖2 TiN/SiO2 膜表面的EDS 圖

圖3 (a)氮化鈦，(b)氮化鈦/氧化硅膜層表面形貌

　　眾所周知，多弧離子鍍存在著“大顆粒”污染問題。大顆粒的存在會降低薄膜性能，使得多弧離子鍍很難制作出高質量的功能薄膜，嚴重限制了多弧離子鍍技術在生產中的應用。圖3a 是采用多弧離子鍍制備的氮化鈦膜的表面形貌，可以明顯的看到大顆粒的存在，顆粒的大小約為20 nm~150 nm。對氮化鈦膜的表面進行氬離子轟擊清洗，然后用磁控濺射的方法沉積氧化硅(濺射時間為30 min)，得到TiN/SiO2 復合薄膜，其表面的掃描電鏡照片見圖3b。從圖3b 中可以看到，磁控濺射沉積氧化硅以后，表面變得致密和均勻，基本上看不到大顆粒的存在。圖4 為TiN/SiO2 膜層的斷面掃描電鏡照片，可以明顯的看到層狀結構的存在。從上往下，第I 層為氧化硅層，其厚度約為150 nm；第II 層對應氮化鈦層，其厚度約為400 nm；第III 層為不銹鋼基底層。

圖4 氮化鈦/ 氧化硅膜層的斷面掃描電鏡照片

　　采用磁控濺射制備裝飾薄膜最大的優點在于可以方便的通過控制鍍膜時間來對膜層的顏色進行調節。圖5a 為氮化鈦膜的反射光譜，可以看到在400 nm 處出現拐點，對應的樣品為玫瑰金色(圖6a)。樣品b(氮化鈦/ 氧化硅復合膜，氧化硅濺射時間為30 min)的反射光譜拐點紅移了50 nm，為450 nm，且反射率有所下降，對應為較暗的咖啡色(圖6b)。樣品c 為氮化鈦/ 氧化硅復合膜，氧化硅濺射時間為1 h，其反射光譜對應的拐點紅移至490 nm，且反射率進一步降低，對應的顏色進一步變暗，為玫瑰紅。

圖5 氮化鈦和氮化鈦/氧化硅薄膜的反射光譜

圖6 樣品實物照片

3、結論

　　針對多弧離子鍍膜存在的(1)色度難控制和(2)“大顆粒”污染問題，采用離子鍍膜和磁控濺射聯用的方式制備了氮化鈦/ 氧化硅復合膜。制備的復合膜比單純的氮化鈦薄膜更加致密和光滑，基本消除了大顆粒的影響。而且可以非常方便的通過調節濺射氧化硅的時間調節膜層的顏色。當氧化硅濺射時間為30 min 時，得到的膜層為咖啡色，當氧化硅濺射時間為1 h，膜層為玫瑰紅色。采用兩種鍍膜手段聯用的方法，可以得到高品質，顏色豐富的膜系。