乏油环境下不同掺杂GLC膜的摩擦学行为

利用磁控溅射技术制备了类石墨碳膜(GLC)、掺杂金属Cr的类石墨碳膜(GLC/Cr)及掺杂WC的类石墨碳膜（GLC/WC）,考察了不同掺杂物对薄膜结构及其在乏油环境下摩擦学性能的影响。结果表明：掺杂Cr、WC使GLC薄膜中sp2键结构含量增加,促进了GLC膜的石墨化,降低了GLC薄膜的硬度及弹性模量;在乏油环境下,3种薄膜的摩擦因数相差不大,但表现出不同的抗磨损能力,其磨损寿命由高到低依次是GLC/Cr、GLC、GLC/WC。研究结果为提高航空发动机主轴轴承在超常工况下的寿命和可靠性提供了理论和试验依据。     

Ag掺杂对TiO2纳米薄膜结构及摩擦学性能的影响

采用溶胶凝胶法在普通载玻片上制备了TiO2和Ag/TiO2纳米结构薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、X光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)及UMT-2摩擦试验机,考察了Ag掺杂量对薄膜组成结构、表面形貌及摩擦学性能的影响。实验结果表明,Ag掺杂量对TiO2薄膜表面形貌和减摩抗磨性能产生重要影响,低掺杂时Ag自润滑性能对薄膜摩擦性能的增强作用占主导,而高掺杂时其对薄膜的影响主要表现为恶化表面,从而导致摩擦性能下降。本研究测试条件下,掺杂量为5.0%(摩尔分数)时具有最佳的耐磨寿命和最低的摩擦因数。     

钛铝系金属间化合物薄膜的制备和摩擦性能

应用射频磁控溅射方法沉积钛铝系金属间化合物薄膜;用X射线衍射仪(XRD)、配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)和UMT-2型摩擦试验机对薄膜的相组成、形貌和摩擦性能进行了分析.结果表明:该薄膜是由TiAl、TiAl3、Al2O3和TiO2相组成;薄膜表面晶粒均匀细小;对于不同钛、铝含量的薄膜,当铝含量(原子分数)为45%时具有最低的摩擦因数;摩擦因数随着载荷、转速和摩擦时间的增加而减小.     

碳靶电流对磁控溅射GLC/Ti薄膜结构及摩擦学性能的影响*

为改善掺杂Ti的GLC/Ti薄膜的摩擦学性能,采用非平衡磁控溅射技术在不同C靶电流下制备了类石墨碳基薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱仪(Raman)对薄膜结构进行表征;采用纳米压痕仪测量薄膜的硬度及弹性模量;利用HSR-2M型高速往复试验机测试薄膜在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,并用白光干涉仪观察磨痕表面形貌。结果表明:随着C靶电流的增大,薄膜的柱状生长趋势日趋明显,其致密性降低,sp~2键含量减小,石墨化程度和结合力降低,而硬度和弹性模量略增;随着C靶电流的增大,摩擦因数和磨损率均增大。因此,适当降低C靶电流可以提高磁控溅射GLC/Ti薄膜干摩擦条件下的减摩耐磨性能。     

非平衡磁控溅射制备Cr掺杂DLC复合薄膜的高温摩擦学性能

元素掺杂是提升DLC薄膜摩擦学性能和耐温性能的重要途径。采用直流磁控溅射技术在304不锈钢基体表面沉积了含氢DLC薄膜,同时利用射频磁控溅射技术完成Cr元素的掺杂,研究Cr元素掺杂对DLC薄膜的力学性能及摩擦学性能的影响。采用纳米压痕仪测试薄膜硬度并利用划痕试验测试膜基结合力,采用拉曼光谱分析薄膜sp²和sp³键含量的变化和转移膜的生成。采用UMT多功能摩擦磨损试验机评价薄膜在常温和高温环境下的摩擦磨损性能,并利用扫描电镜观察磨损表面,分析其磨损机制。结果表明,Cr元素掺杂会显著提高薄膜的膜基结合力,但会使薄膜硬度有一定的下降。常温摩擦学性能测试显示,DLC薄膜的摩擦因数随着Cr含量的增加呈现出先下降后上升的趋势,在Cr质量分数为3.34%时达到最低;但薄膜的磨损率随Cr含量的增加略有升高。高温摩擦学性能测试表明,Cr元素掺杂显著改善了DLC薄膜的高温摩擦学性能,未掺杂的DLC在150℃以上摩擦时会失效,Cr元素掺杂使薄膜在250℃下也能保持较低的摩擦因数和较长的抗磨寿命。Cr元素的加入能够提高DLC薄膜的膜基结合力,降低摩擦因数,并提高薄膜...     

工艺条件对类金刚石薄膜在不同介质环境下摩擦学性能的影响研究

考察了基底负偏压对类金刚石薄膜(DLC)在无水和有水环境下摩擦性能的影响。利用电子回旋共振等离子体化学气相方法沉积制备DLC薄膜,利用激光拉曼(Raman)、原子力显微镜(AFM)和纳米硬度计表征了其结构特征,用UMT型多功能摩擦磨损实验机考察了其摩擦性能,并用光学显微镜分析了磨痕特征。结果表明:随着基底偏压的增加,表面粗糙度减小;在无水条件下,基底偏压较低的DLC薄膜摩擦因数较高,并存在一定的波动性,基底偏压较高时,摩擦因数较低。在有水条件下,基底偏压对摩擦因数影响不大。总体来说,加水后薄膜磨损较为严重。     

3-巯基丙基三乙氧基硅烷自组装膜摩擦学性质研究

利用自组装技术将3-巯基丙基三乙氧基硅烷薄膜沉积在单面抛光的单晶硅基片上.用X射线光电子能谱仪测量薄膜的化学成分;用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌;用接触角测量仪测量薄膜的接触角;在摩擦试验机上考察薄膜的摩擦学性能与接触角之间的关系.结果表明:薄膜的接触角随着组装时间的增加先增加后减小然后再增加,表明MM分子在单晶硅基片上的自组装是逐层进行的,当MM完成一层组装时,其薄膜表面自由能较低,所表现出的接触角较大;薄膜的摩擦磨损性能与接触角成对应关系,接触角增大,摩擦因数减小,抗磨损能力提高.     

Ti-DLC薄膜在水介质中的摩擦学特性

采用非平衡磁控溅射法在Si(100)片和M2工具钢上制备Ti-DLC薄膜。通过X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪和扫描电子显微镜分析薄膜的结构以及微观形貌;利用球-盘摩擦磨损试验机研究不同载荷下Ti-DLC/Si-3N-4对摩副在水中的摩擦学特性。结果表明,Ti-DLC薄膜具有致密的表面结构,含有较多的C-Csp2键;摩擦介质为去离子水时,薄膜的摩擦因数随着载荷的增加先减小后增大,且载荷增加到一定值后,摩擦因数几乎不再变化; 薄膜磨损率随着载荷的增加先升高后降低,而相应的Si3N4小球磨损率却是先减小后增大, 这主要是由于Si3N4在水中易于发生水合反应,促使摩擦接触表面变得非常平滑,从起到降低摩擦因数,在一定程度上减少磨损的作用。     

表面织构在脂润滑条件下的摩擦性能研究

采用声光调Q二极管泵浦Nd:YAG激光加工系统在H13钢表面加工出不同密度的织构,以润滑脂作为润滑剂,利用MMW-1A型微机控制万能摩擦磨损试验机考察表面织构在不同载荷、不同转速条件下的摩擦磨损特性。实验结果表明:在脂润滑条件下表面织构能有效改善摩擦副表面的摩擦性能;与光滑无织构试样相比,表面织构试样的摩擦因数显著降低;一定范围内,随着织构密度的增加,平均摩擦因数呈现出先减小后增大的趋势,且织构密度为10%时的平均摩擦因数最小,最小平均摩擦因数为0.18,较光滑无织构试样减小32.23%;摩擦因数随着试验载荷的增大而减小,但随着转速的增加呈现出先减小后增大的变化趋势。     

薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的数值计算研究

采用ANSYS的APDL语言编程通过参数化变量方式实现了薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的整个建模与分析过程,其中包括参数化生成满足高斯分布的随机粗糙表面与计及摩擦因数和薄膜/基体弹性模量比变化情况下的自动有限元分析过程。计算结果表明:当摩擦因数一定时,随着薄膜/基体弹性模量比的增大,应力分布逐渐向基体深处扩展,粗糙表面上各点接触压力一致减小,接触压力峰值减小的最大幅度为9.0%;当弹性模量比一定时,摩擦因数的变化对基体部分应力分布的影响不大,然而随着摩擦因数的增加,粗糙表面上各点接触压力增大,接触压力峰值增加的最大幅度为13.2%,可见摩擦因数和弹性模量比对薄膜粗糙表面的接触应力有明显影响。     

铝掺杂氧化锌的合成及表征

本文以固相法合成了铝掺杂氧化锌,紫外吸收光谱分析发现铝掺杂后氧化锌的光吸收边发生了明显的红移,说明铝离子确实进入了氧化锌晶格,XRD分析发现铝在氧化锌中的固熔度小于2.4%mol,对粉体的电阻率测试表明,掺杂浓度对样品的电阻率影响很大,当铝掺杂浓度在2.4%mol附近时样品的电阻率最低。     

Electron energy-loss spectroscopy study of thin film hafnium aluminates for novel gate dielectrics

We have used conventional high‐resolution transmission electron microscopy and electron energy‐loss spectroscopy (EELS) in scanning transmission electron microscopy to investigate the microstructure and electronic structure of hafnia‐based thin films doped with small amounts (6.8 at.%) of Al grown on (001) Si. The as‐deposited film is amorphous with a very thin (～0.5 nm) interfacial SiO_x layer. The film partially crystallizes after annealing at 700 °C and the interfacial SiO₂‐like layer increases in thickness by oxygen diffusion through the Hf‐aluminate layer and oxidation of the silicon substrate. Oxygen K‐edge EELS fine‐structures are analysed for both films and interpreted in the context of the films’ microstructure. We also discuss valence electron energy‐loss spectra of these ultrathin films.     

用于热机械微纳加工的掺Al多晶硅加热器

针对热机械式微纳米结构的加工,提出了一种以掺Al多晶硅为材料,集成于微悬臂梁上的加热器.采用Al诱导退火晶化(AIC)方法,在750 K对Al/a-Si∶H复合薄膜低温晶化18 h,制备出掺Al多晶硅.通过低温退火,使复合薄膜的拉曼特征峰由478 cm-1移至520 cm-1,完成由非晶硅向多晶硅的转变;由四探针仪测得...     

静电辅助气溶胶化学气相沉积法制备Al_2O_3薄膜

以乙酰丙酮铝为前驱体,N,N-二甲基甲酰胺为溶剂,采用静电辅助的气溶胶化学气相沉积(ESAVD)方法,在Si(100)衬底上制备了Al2O3薄膜,并采用场发射扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和自动划痕仪等设备对制备的薄膜进行了表征。结果表明:采用ESAVD法制备的Al2O3薄膜平整致密而且晶粒细小,薄膜与基体之间及薄膜内部都未出现开裂现象;薄膜与基体的结合力约为5.56 N;沉积得到的薄膜为化学计量比为2∶3的氧化物薄膜;退火前的薄膜为非晶态,在1 200℃退火保温2 h后薄膜转变为-αAl2O3。     

FCVA沉积TiAlN薄膜的工艺研究

采用磁过滤阴极真空弧源(FCVA)沉积技术,在高速钢(HSS)基体上沉积TiAlN薄膜,用显微硬度计测定TiAlN薄膜的硬度和厚度,用X射线衍射(XRD)分析技术进行TiAlN薄膜的相分析并进行了摩擦磨损实验,为在刀具表面沉积TiAlN薄膜打下较好的工艺基础。     

硬质合金基体FCVA沉积TiAlN薄膜的试验研究

采用磁过滤阴极真空弧源(FCVA)沉积技术,通过改变氮气流量在硬质合金基体上沉积了TiAlN薄膜,用显微硬度计测定了TiAlN薄膜的硬度和厚度;采用X射线衍射(XRD)分析技术进行了TiAlN薄膜的相分析;并进行了摩擦磨损试验和对基体与薄膜的结合力进行定性的分析。结果表明:TiAlN薄膜厚度在450~520nm之间;最高硬度为2754Hv,对应氮气分压为N2分压在8.0×10-2Pa~1.1×10-1Pa;薄膜中主要存在Ti2AlN、Ti2N与TiN相。     

SBN60铁电薄膜横向电光系数及M—Z波导半波电压的研究

主要介绍MgO衬底上掺K和不掺K的SBN60铁电薄膜的横向电光系数r51的测量,并由此设计一种MgO衬底上M-Z型薄膜波导调制器,并计算出此种波导调制器的半波调制电压,实验说明掺入K离子能减少其半波调制电压。     

烧结制度对稀土掺杂TiO2光催化抗菌材料抗菌性能的影响

采用溶胶-凝胶法并结合旋转涂膜法制备了稀土掺杂（Ce、Pr、Gd、Dy、Y、Eu）薄膜型光催化抗菌材料，利用TG—DSC综合热分析仪研究了烧结方式、烧结温度以及烧结时间等烧结制度对稀土掺杂TiO2光催化抗菌材料抗菌性能的影响。结果表明，各因素对材料的光催化抗菌性能均存在一最佳值，稀土元素掺杂对TiO2的晶型结构产生了一定的影响；薄膜中除Ce掺杂TiO2薄膜含有极少量金红石型TiO2外，其余全部由单一锐钛矿型TiO2构成，相比稀土掺杂TiO2薄膜对大肠杆菌的杀菌率可达93．38％，较纯TiO2（杀菌率为37．14％）杀菌效果提高了60．23％。该材料经反复使用仍具有很高的杀菌率和稳定性，极具实用价值和应用前景。     

Energy dispersive spectroscopy analysis of aluminium segregation in silicon carbide grain boundaries

The aluminium distribution in polycrystalline SiC hot‐pressed with aluminium, boron and carbon additives was studied using X‐ray energy‐dispersive spectroscopy (EDS) and transmission electron microscopy (TEM). The Al excess in homophase SiC grain boundary films was determined, taking into account dissolved Al in the SiC lattice. In the spot‐EDS analysis, an electron beam probe with a calibrated diameter was formed, and the total beam–specimen interaction volume was defined, taking the beam spreading through crystalline TEM foil into consideration. EDS spectra were collected from regions containing intergranular films and adjacent matrix grains, respectively. A theoretical treatment was presented and experimental errors were estimated, with a further discussion about the effects of foil thickness. Experimental examples are given, followed by statistical EDS analyses for grain boundary films in SiC samples hot‐pressed with increased amounts of Al additions. The results demonstrated a substantial Al segregation in the nanometer‐wide intergranular films in all samples. Al additions higher than 3 wt% saturated the Al concentrations in SiC grains and in grain boundary films. The effect of foil thickness, and the parameters for determining the optimum incident beam diameter in the EDS analysis are discussed.     

Al/Zr多层膜生长模型和数值计算

在17～19nm波段,利用直流磁控溅射技术将Al(1%wtSi)/Zr多层膜镀制在掺氟的二氧化硅基底上,基于原子力显微镜对不同膜对数(N=10,40,60,80)表面粗糙度的测量结果,将多层膜的生长模型应用于实际结果中,对表面均方根粗糙度随着膜对数的变化进行了深入的分析,并对Stearns粗糙度动态生长理论的适用条件作了补充性讨论。