碳包Ni纳米晶的形成及其特征

用直流碳弧法制备出碳包Ｎｉ金属纳米晶，在石墨阳极复合棒中掺入不同组份的Ｎｉ，研究其对碳包Ｎｉ纳米，富勒烯等碳微团特性的影响。     

碳弧法中碳包Fe纳米晶及其相关碳微团的形成

用直流碳弧法在阳极石墨棒中加入α－Fe2O3产生碳包Fe纳米晶,研究在复合石墨棒中加入不同的Fe2O3含量对碳包Fe纳米晶的形貌、结构特性及晶粒尺寸分布的影响,探讨碳包Fe纳米晶的形成原因及碳弧法中氦气压力和Fe2O3含量对复合石墨棒所产生的碳灰的C60／70产率的影响．结果表明：Fe2O3复合石墨棒所产生的碳灰含有α－Fe相、Fe3C相和石墨相,没有氧化物相．复合阳极棒中的Fe2O3含量决定了碳包Fe纳米晶的数量和晶粒直径分布,碳弧法中的He气压力仍是影响掺Fe2O3阳极棒所产生的碳灰的C60／70产率的主要因素,但对碳包Fe纳米晶的产率影响不大.掺Fe2O3阳极棒所产碳灰的C60／70产率与氦气压力的关系和纯石墨阳极棒的这一关系比较,存在着显著的差别．     

碳弧气刨温度场的三维有限元模型

为了分析碳弧气刨过程的温度场分布特征,根据碳弧气刨过程特点,结合"单元死活"技术,建立了一个既考虑电弧热作用又考虑材料去除的碳弧气刨温度场三维有限元模型.在此基础上,对碳弧气刨温度场的特点进行了分析.计算结果表明,电弧强烈的热作用使坡口附近产生了很大的温度梯度,而材料的去除使得该处的温度梯度变得更为剧烈.有限元结果和实验结果对比表明,本文建立的碳弧气刨温度场有限元模型是正确的.     

直流碳弧等离子体法制备碳包覆铁纳米颗粒研究

在惰性保护气氛下,采用直流碳弧等离子体法成功制备了碳包覆铁纳米颗粒,并利用x射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)和相应选区电子衍射(ED)等测试手段,对样品的化学成分、形貌、物相结构、粒度等特征进行表征分析.实验结果表明:直流碳弧等离子体技术制备的碳包覆纳米金属颗粒具有明显的核-壳结构,内核金属结晶度较高,外壳碳为类石墨层结构,颗粒大多呈球形和椭球形,粒径分布在20nm～60nm范围,平均粒径为44nm.     

磁过滤阴极真空弧法制备类金刚石膜的场致发射特性研究

采用磁过滤阴极真空弧沉积法,在Cu基底表面上制备了以钛(Ti)和碳化碳(TiC)作为过滤层的类金刚石膜层。利用自制的场致发射特性测试设备,研究了类金刚石膜层的场致发射特性。利用拉曼光谱仪(Raman)和扫描电子显微镜(SEM)等分析方法对类金刚石膜的键合结构和微观形貌进行了表征。研究发现,利用磁过滤阴极真空弧沉积法可以在沉积温度100℃下制备膜基结合力较好的类金刚石膜。沉积速率为15 nm/min。类金刚石膜具有较好的场致发射特性,开启电压约为40 V/μm。Raman分析得到不同基底偏压下的类金刚石膜的I_D/I_G为1.19～1.57;SEM分析显示薄膜的微观结构上具有微米级突起结构。实验表明,应用磁过滤阴极真空弧方法可以制备出高sp~3含量、表面具有微米级突起的类金刚石膜,这种类金刚石膜具有有利于场致发射的特性。     

碳包Ni纳米晶的形成及其特性

用直流碳弧法制备出碳包Ni金属纳米晶.在石墨阳极复合棒中掺入不同组份的Ni，研究其对碳包Ni纳米晶，富勒烯等碳微团特性的影响结果表明：碳包Ni纳米晶含Ni和石墨，不含碳化物和氧化物；纳米品数量随Ni增加而增加．而纳米晶的粒径出现极值；Ni催化碳微团石墨化并使C60／70产率下降；碳包Ni金属纳米晶单位质量的饱和磁化强度随Ni的增加而增加     

辅助气体组成对类金刚石薄膜结构和性能的影响

分别以氩气-甲烷、氩气-乙炔为辅助气体,高纯石墨为靶材,利用中频脉冲非平衡磁控溅射技术制备了类金刚石薄膜.采用Raman光谱、X射线光电子能谱、纳米压痕测试仪、原子力显微镜对所制备类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌进行了分析.Raman光谱和X射线光电子能谱测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜中sp3杂化键的含量比以氩气-乙炔为辅助气体制备的类金刚石薄膜的高.纳米压痕测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的纳米硬度比以氩气-乙炔为辅助气体的高.原子力显微镜测试结果表明,以氩气-甲烷为辅助气体制备的类金刚石薄膜的RMS表面粗糙度比以氩气-乙炔为辅助气体的低.以上结果说明辅助气体组成对类金刚石薄膜的键结构、机械性能、表面形貌有较大的影响.     

真空弧源沉积类金刚石薄膜及其性能研究

采用真空弧源沉积技术在钛合金及Si(100)表面合成DLC薄膜．通入不同的氩气．控制DLC薄膜中的SP3／SP2比值。研究表明，薄膜硬度可达96GPa．随着氩气流量的增加，薄膜的硬度先增加．后有明显降低。随着氩气流量的增加，类金刚石薄膜中．SP2键增加，SP3键减少，而血液相容性明显提高。DLC薄膜具有优异的耐磨性，摩擦系数低，与钛合金基体结合牢固。     

水中电弧法制备碳纳米葱

采用水介质中石墨电极直流电弧放电法大量制备了高质量碳纳米葱（又称洋葱状富勒稀），借助Raman光谱仪和高分辨透射电镜（HRTEM）对制备产物进行了结构表征和几何形貌分析。实验结果表明：水介质中石墨电弧法制备的碳纳米产物主要聚集在水面附近和容器底部，放电电流大小对水面附近和容器底部产物的组成和形貌有显著影响。在放电电流约为40A时，水面附近产物是直径为5nm～20nm的球形、洋葱状碳纳米葱。其产率约4．3mg／min。研究结果表明：采用水介质中石墨电弧法能大量制备高质量的碳纳米葱。     

类金刚石碳膜的复合硬度与本征硬度的研究

在综述现有的测量薄膜（涂层）材料本征硬度方法及模型的基础上，采用超显微硬度仪对不同基体经不同工艺条件沉积的类金刚石碳昨合硬度进行了测量，并借助有限元模型得到的经验公式对测量数据进行拟合处理，得出了各种类金刚石碳膜的本征硬度。硬质合金基体上类金刚石膜本度为０２ＧＰａ，硅基体上经不同工艺条件沉积的类金刚石碳膜本征硬度在２０－３０ＧＰａ范围。在对膜／基得合体系进行Ｍｅｙｅｒ定律修正的基础上，首次提出了一     

氩-氦-二氧化碳混合气体电弧行为及其对焊缝成形的影响

采用钨极氩弧焊对不同比例氩-氦-二氧化碳混合气体的电弧物理特性及其焊缝成形进行了实验.结果表明,三元混合气体的电弧形态中可观察到柱状中心区.混合气体中氦气的体积百分比小于45%时,其电弧特性与氩弧差别不大.氦的体积分大于75%时,其电弧形成具有氦弧的性质.随着混合气体中氦气比例的增加,熔深和熔宽均增加,但熔深增加得更明显一些.     

磁过滤阴极真空弧沉积装置研究中的等效电路方法

提出了模拟磁过滤阴极真空弧放电等离子体沉积装置阴极弧放电过程的等效电路 ,并用此电路定性研究了各参数对弧放电的影响 ,结果同实验符合的很好     

电弧等离子体法制备纳米Ce-NiO的气敏特性

用Ｈ２＋Ａｒ电弧等离子体法制备纳米Ｃｅ－ＮｉＯ并研究其气敏特性。实验结果表明：与通常用作氧敏传感器的Ｐ型ＮｉＯ半导体材料相比，Ｈ２＋Ａｒ电弧等离子体法制备的纳米Ｃｅ－ＮｉＯ气敏材料表现出一定的ｎ型导电性，对乙炔具有很好的选择性和较高的灵敏度；其气敏特性与纳米Ｃｅ－ＮｉＯ晶粒的显微结构有关。     

基于图像序列短间隙真空开关电弧形态研究

研究短间隙真空开关电弧扩散运动特性对促进真空开关向高电压等级、大容量及智能化发展具有重要的意义。本文利用高速摄像机CMOS对真空开关电弧图像进行了采集并获得了序列电弧图像;分析了真空电弧燃烧过程扩散运动的机理及特征。综合数字图像处理技术,提出了基于二值背景差分法电弧图像燃烧扩散运动识别算法。实验结果表明:运用图像系列背景差分法可实现对真空开关电弧图像面积扩散区域进行检测,且通过计算可得到真空开关电弧在燃烧过程中不同时刻的扩散速度。     

Anode mode in cathodic arc deposition apparatus with various cathodes and ambient gases

The anode mode of a vacuum arc in a cathodic arc deposition apparatus was observed as a function of ambient gas pressure ranging from 0.01 to 300 Pa. The chamber (400 mm in diameter and 600 mm in length) made of stainless steel (SUS304) acted as the anode. The arc was operated at a relatively low constant current of 50 A. The cathode materials used were Al, Ti, Fe, Ni, and Cu, and ambient gases were He, Ne, Ar, H₂, N₂, O₂, and CH₄. The principal results are as follows. (1) As the pressure was increased, the anode mode changed from diffuse-arc to footpoint to plane luminous to anode-spot mode. (2) The anode mode and resultant arc voltage increase were strongly dependent on gas species, and weakly on the cathode material. (3) Comparing diatomic and polyatomic (H₂, N₂, O₂, and CH₄) with mono-atomic molecule gases (He, Ne, and Ar), the onset pressure of the anode mode transition in the former was lower, the arc voltage higher, and the footpoints more numerous, smaller, and clearer. Both the dependence of the ambient pressure and the influence of the cathode materials and gas species on the anode mode changes were explained by the ion deficiency theory.     

脉冲真空弧源沉积类金刚石薄膜耐磨特性研究

本文利用脉冲真空弧源沉积技术在Cr17Ni14Cu4不锈钢和Si(100)基体上制备了类金刚石(DLC)薄膜,研究在不同基体偏压下,DLC薄膜的结构与性能.采用拉曼光谱和X射线光电子能谱(XPS)研究DLC薄膜的原子结合状态,利用CSEM销盘摩擦磨损试验机研究其耐磨性,利用HXD1000B显微硬度仪测试其显微硬度,并采用压痕法评价其结合力.研究结果表明:DLC薄膜与基体结合牢固.随着基体偏压的提高,DLC薄膜内sp3键含量增大,薄膜硬度提高.Cr17Ni14Cu4不锈钢表面沉积DLC薄膜后,耐磨性大幅度提高,本文探讨了DLC薄膜的耐磨机理.     

真空阴极电弧制备TiAlN涂层的硬度及摩擦学性能研究

采用真空阴极电弧制备了TiAlN涂层,研究了N2气压和基体负偏压对涂层硬度的影响规律,分析了涂层的致硬机理,探讨了硬度对摩擦学性能的影响。结果表明,N2降低入射离子能量,降低增原子扩散,导致晶粒细化;基体负偏压增大入射离子能量,导致涂层致密化并依次出现(200)、(111)、(220)、(200)择优取向。TiAlN涂层的硬度受Ti、Al、N原子间键能,生长面择优取向及晶粒显微组织的影响,其中最薄弱因素起决定作用。摩擦学性能研究表明,高硬度TiAlN涂层易形成磨粒磨损,摩擦系数和磨损率高;低硬度TiAlN涂层易发生粘着磨损,摩擦系数和磨损率低。     

小电流高频TIG焊电弧稳定性的研究

本文以大量的试验结果表明了电流频率、钨极尺寸和保护气体成分等对小电流 TIG 焊电弧稳定性的影响规律。并得出6～8A 小电流时的电弧稳定性条件是采用20KHz 以上的高频电流。(Ar+2%H_2)混合气体保护和直径为φ0.5mm 的细铈钨极。     

Three Filtered Vacuum Arc Plasma Sources Deposition & Implantation System

A deposition & implantation system, which includes three filtered vacuum arc plasma sources, has been built. Vacuum arc discharge is used to produce high-density metal plasma; Curved magnetic filtering technique is used to transfer the plasma into out-of-sight vacuum chamber and reduce macro-particles from the vacuum arc plasma in order to drastically reduce the macro-particles contamination of the films. The up to 30 kV negative bias applied to the target can be used for ion implantation in order to improve the film adhesion; or for ion sputtering to clear the substrate surface. The 0 to 300 V negative bias can be used to adjust the ion energy which forming films. The system is designed for various thin films synthesizing, such as single-layer, compound layer, multi-layer films. It's principle, components and applications are described in the literature.     

氦−氩混合保护气体角接头旋转激光+电弧复合焊电弧特性数值分析

目的 研究激光+电弧复合焊中氦−氩混合保护气体成分对电弧等离子体物理特性的影响,从而改善焊接性能。方法 综合考虑角接头几何特性和氦−氩混合保护气体的物理特性,建立氦−氩混合保护气体角接头旋转激光+电弧复合焊电弧行为的数值分析模型。使用FLUENT软件对不同体积比氦−氩保护气体下电弧等离子体的温度场、流场、压力场和电势场进行模拟计算,对比分析保护气体成分改变对电弧等离子体的影响规律,考虑其对焊接性能的影响,并将计算结果与高速摄影试验进行对比,验证数值分析模型的准确性与合理性。结果 保护气体分别为纯Ar、95%Ar+5%He、90%Ar+10%He时,电弧向激光侧偏移收缩,电弧整体形貌被压缩,位置A纵截面处电弧等离子体的峰值温度分别为25 603、25 080、23 904 K,最大流速分别为336.34、334.34、317.58 m/s,压力最大值分别为899.08、943.40、957.67 Pa,电势梯度分别为11.56、12.17、13.18 V。结论 在氦−氩混合保护气体激光+电弧复合焊中,当保护气体中氦气体积分数增加到5%和10%时,随着氦气所占比例的增大,电弧处于动态变化过程,电弧被压缩,等离子体的峰值温度逐渐降低,最大流速下降,电弧压力和电势梯度增大,有利于焊缝熔深的增大。