用微弧氧化法制备铁电薄膜

　微弧氧化（Micro-arcoxidation，MAO）是一种直接在金属表面原位生长陶瓷膜的新技术。微弧氧化法的基本原理是将Al、Mg、Ti、Ta等金属浸于一定的电解液中，突破传统阳极氧化电流和电压法拉第区的限制，把阳极电压由几十伏提高到几百伏。当电压超过某一临界值后，初始生成的绝缘氧化膜被击穿，致使样品的表面出现电晕、辉光、弧光等放电现象，形成瞬间的超高温区（＞２０００℃），使在该区域内的氧化物或基底金属被熔，并与电解液发生热化学、等离子体化学和电化学反应，熔融物激冷而形成陶瓷膜层。与传统的阳极氧化技术相比，微弧氧化法所制备的薄膜性能明显更优。比如，在Mg合金基体上分别用微弧氧化法与阳极氧化工艺制备薄膜，前者最大厚度可达200～300μm，后者仅为50～80μm；前者显微硬度可达1500～2500HV，后者仅为300～500HV；而且，用微弧氧化法制备的薄膜均匀性好，缺陷孔隙率低，耐磨性好，粗糙度小，抗热震性强（300℃淬火35次无变化；可承受2500℃以下热冲击），韧性也好。

　　铁电薄膜是一类重要的功能性薄膜材料，多年来一直是高技术新材料研究的前沿和热点，特别是集成铁电学概念的提出和非挥发性铁电随机存储器等集成铁电器件的制备和应用，把铁电薄膜的研究和应用提高到一个全新的水平。

　　与其它铁电薄膜制备技术相比，微弧氧化技术具有薄膜与基体结合强度高、操作简单、易于实现自动化、不需后续热处理以及环境污染少等优点，故采用微弧氧化技术制备铁电薄膜具有良好的应用前景，但关键在于必须先解决微弧氧化溶液体系以及溶液浓度的合理选择，搞清楚薄膜成膜机理，掌握工艺参数对薄膜表面形貌、粗糙度以及薄膜铁电性能的影响规律。目前微弧氧化法制备铁电薄膜尚处于实验室探索阶段，进入大规模的工业应用尚有一定距离。

　　我国华南理工大学用微弧氧化法制备出BaTiO3铁电薄膜。他们采用交流电源的微弧氧化法在钛基体上沉积了主要为简单六方结构的BaTiO3薄膜，1200℃退火后大量六方相BaTiO3向四方相发生转变。为了避免在高温退火过程中基体Ti和所制备的微弧氧化膜之间形成的钛的氧化物层影响薄膜的铁电性能，他们又采用直流电源直接在钛基体上制备主要由四方相BaTiO3组成的薄膜。在优化工艺参数条件后制备的BaTiO3薄膜在１kHz下的介电常数为113，铁电性能也有所提高。最近，他们采用直流电微弧氧化法在Ba（OH）２溶液中制备的BaTiO3陶瓷膜，薄膜与基体的结合强度达到了36.4MPa。