螺旋主导混合位错阵列促进LPCVD TiAlN涂层的螺旋生长机制研究

本研究通过多尺度电子显微技术系统揭示了LPCVD（低压化学气相沉积）TiAlN涂层中高密度（~1015 m?2）混合位错阵列的形态特征，发现其螺旋主导特性可充当原子台阶源，促进<111>织构柱状晶生长，为高性能CVD涂层的微结构设计提供新思路。

　　

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Materials preparation（材料制备）

本研究涉及的TiAlN涂层通过工业级热壁式低压化学气相沉积（LPCVD）系统在抛光的硬质合金基体上沉积而成。首先在880°C、150 mbar条件下以TiCl₄、N₂和H₂作为前驱体和载气沉积约1 μm厚的TiN过渡层，随后在其上生长5–7 μm厚的TiAlN层。

Grain morphology and texture of LPCVD TiAlN coating（LPCVD TiAlN涂层的晶粒形貌与织构）

图1a展示了涂层截面SEM图像，显示其依次沉积于硬质合金基体上。通过透射菊池衍射（TKD）分析确认TiN与TiAlN均为面心立方（fcc）结构。

Discussion（讨论）

本研究观察到的高密度羽毛状位错构型广泛存在于LPCVD TiAlN涂层体系中。文献表明可通过沉积参数调控涂层内应力以调节位错形态与密度。然而，LPCVD TiAlN涂层具有周期性纳米层状、孔隙与复杂晶界的特征，使得传统位错分析面临挑战。

Conclusion（结论）

通过截面与平面视角的电镜系统表征，针对自组装纳米层状结构的LPCVD TiAlN涂层内部羽毛状位错阵列研究得出以下结论：

1. 1.
   涂层呈现强<111>织构，具有柱状晶与金字塔表面形貌。内部纳米层平行于{001}面，由交替的富铝层（成分：Ti_0.10Al_0.90N）和富钛层（Ti_0.45Al_0.55N）组成。