原子层沉积Al2O3 保护层氢终端金刚石MISFETs的电学特性

研究了Zr-Si-N氢终端金刚石（H-diamond）绝缘栅场效应晶体管（MISFET）在有无Al₂O₃保护层情况下的电学特性。分别采用原子层沉积法（ALD）和射频溅射法（RF）制备了Al₂O₃保护层和Zr-Si-N栅介质层。MISFETs的转移特性曲线表明,其栅阈值电压在有无Al₂O₃保护的情况下从-2.5 V变化到3 V,表明器件从常关型转换为常开型。输出和转移特性曲线揭示了氧化铝的存在保护了氢终端,使其免受磁控溅射过程的损伤。     

镁合金表面磁控溅射-微弧氧化制备Al_2O_3膜层的组织结构及性能

采用磁控溅射-微弧氧化的方法在镁合金表面制备了Al_2O_3膜层,随后采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDX)等方法对微弧氧化膜层的相结构、截面形貌及膜层中的元素分布进行了分析,采用摩擦磨损和电化学腐蚀方法对膜层的耐磨耐腐蚀特性进行了测试。结果表明,通过先进行磁控溅射后进行微弧氧化的方式可以在镁合金表面获得Al_2O_3微弧氧化膜层。通过改变反应终止电压可控制微弧氧化膜层的厚度。当反应终止电压不高于510 V,膜层主要由铝和Al_2O_3组成。而当微弧氧化反应终止电压超过600 V后,铝膜层完全参与反应转变为微弧氧化膜层,膜层主要由Al_2O_3和MgO组成。Al_2O_3微弧氧化膜层的形成有助于提高镁合金表面的耐磨耐腐蚀性能。     

大气等离子喷涂NiCoCrAlY/Al_2O_3-30%B_4C复合涂层的抗氧化性能

采用化工冶金包覆、喷雾造粒和固相合金化技术制备了NiCoCrAlY/Al_2O_3-30%B_4C粉体,利用大气等离子喷涂技术制备了NiCoCrAlY/Al_2O_3-30%B_4C复合涂层,对粉体和涂层的显微结构进行了分析,并对涂层的抗氧化性能进行了研究。结果表明,Al_2O_3和B_4C表面均包覆一层致密的NiCoCrAlY合金,包覆层厚度为3~5μm。涂层呈典型的层状结构,涂层由NiCo CrAlY、Al2O3和B4C相组成。在850℃时,涂层的恒温氧化动力学曲线分为氧化初期的大斜率直线、氧化中期的小斜率直线和氧化后期的抛物线3个阶段。850℃下氧化96 h后,涂层表面生成一层连续的氧化物保护层,其外层主要由Al_2O_3组成,而内层则由Cr_2O_3和Al_2O_3组成。     

Al_2O_3微粉添加量对镁合金微弧氧化膜特性影响

为了研究添加Al_2O_3微粉对AZ31A镁合金微弧氧化膜特性影响,在不同浓度Al_2O_3微粉氧化液中对其进行了微弧氧化处理。利用扫描电镜(SEM)观察了微弧氧化膜形貌,能谱仪(EDS)分析了膜层表面Ca、Mg、O、Al元素分布,X射线衍射仪(XRD)分析了相组成,测定了膜厚、硬度和氧化液中Al_2O_3表面电荷,讨论了改性机理。结果表明,加入Al_2O_3微粉后,氧化电压随Al_2O_3添加量增加先增加后降低;氧化膜表面孔洞数量和尺寸减小,膜层表面Ca元素分布逐渐减少,成膜效率降低,膜层致密度和表面疏松层硬度提高,氧化膜主要由MgO和MgO_4等相组成。     

含铝奥氏体耐热钢的高温抗氧化性能

以Fe-18Cr-30Ni为基础,添加不同含量的Al设计了4组新型奥氏体耐热钢。利用氧化质量增加法研究了4组新型奥氏体耐热钢在700、800和900℃下空气中的氧化行为,绘制了氧化动力学质量增加曲线,并利用XRD、SEM和EDS对氧化膜的表面形貌及结构进行了表征。结果表明,1~3号钢在900℃时均形成了较为致密的Al2O3内层氧化膜,合金表面生成的复合氧化膜由内到外依次为Al_2O_3、(Al_(0.9)Cr_(0.1))_2O_3、尖晶石氧化物Fe(Cr,Al)_2O_4;1号钢氧化过程中还形成了富(Cr,Fe)的混合氧化物,降低了Al_2O_3氧化膜的连续性;4号钢900℃并没有形成致密的Al_2O_3内层氧化膜,生成的复合氧化膜由内到外依次为(Al_(0.9)Cr_(0.1))_2O_3、尖晶石氧化物Fe(Cr,Al)_2O_4。     

纳米YSZ热障涂层中TGOs层的生长行为

通过对热障涂层在高温静态氧化过程中TGOs层形貌的观察,研究了Al_2O_3层对TGOs层生长过程的作用机制。结果表明:致密的Al_2O_3层能有效降低TGOs层的生长速率;当Al_2O_3层消失后,TGOs层的生长速率由0.61μm·h~(-0.5)迅速增大至1.29μm·h~(-0.5)。氧化过程中,在Al_2O_3层与粘结层界面上生长的混合氧化物会逐渐向上"吞噬"原有的Al_2O_3层,并导致Al_2O_3层的减薄直至最终消失。Al_2O_3层的稳定性对TGOs的生长具有显著的影响。     

基于原子层沉积的Al_2O_3薄膜微观形貌研究

研究利用原子层沉积获得的小于10 nm Al_2O_3薄膜表面形貌特点。采用该技术获得4和8 nm的Al_2O_3薄膜,利用原子力扫描电镜(AFM)和扫描电镜(SEM)对薄膜表面形貌进行测量,通过最小二乘法和多重分形研究薄膜表面形貌,分析得出利用原子层沉积技术加工超薄Al_2O_3薄膜,其形貌与成膜原理有关,与厚度无关。     

γ-TiAl合金表面Al_2O_3/Al复合涂层的抗高温熔盐腐蚀性能（英文）

采用磁控溅射技术于γ-TiAl合金表面制备Al_2O_3/Al复合涂层。在850℃下、100%(质量分数)Na_2SO_4熔盐中观测Al_2O_3/Al复合涂层的高温腐蚀行为。结果表明,Al_2O_3/Al复合涂层具备由Al_2O_3表层、富Al中间层以及互扩散层组成的梯度结构,因而有效地提高了基体γ-TiAl合金的抗高温腐蚀性能。在腐蚀实验后,涂层试样表面相结构为Al_2O_3、TiO_2和TiAl_3。致密的Al_2O_3/Al复合涂层有效地抑制了O~(2-)、S~(2-)和Na~+对基体γ-TiAl合金的侵蚀。并且,Al_2O_3/Al复合涂层的梯度结构亦使其表现出了优异的抗开裂和抗剥落性能。     

新型含铝奥氏体耐热钢高温氧化行为

对新型含铝奥氏体耐热钢分别在700、800和900℃下进行了循环氧化试验,并采用增重法研究了高温氧化动力学曲线,结合扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)系统地表征氧化膜层的元素、结构和形态。结果表明:该新型耐热合金氧化动力学曲线遵循抛物线规律; 700℃氧化膜主要由C_r2O_3和Fe_2O_3的混合氧化物与少量Al_2O_3构成;800和900℃氧化膜由内层的Al_2O_3和亚表层的(Cr,Al)_2O_3与表层的尖晶石结构的Fe(Al,Cr)_2O_4构成。     

ZrB_2在Al_2O_3-ZrB_2复相陶瓷中的增韧性能（英文）

常压烧结制备了Al_2O_3和20%ZrB_2/Al_2O_3(质量分数)复合陶瓷,用XRD和金相显微镜、SEM分析了其相组成、微观结构、断裂形貌,并用压痕法计算了陶瓷的断裂韧性。结果表明:Al_2O_3陶瓷自1500℃开始其相对密度超过99%,维氏硬度达到18 970 MPa,断裂韧性为(5.2±0.3)MPa·m~(1/2);20%Zr B_2/Al_2O_3复合陶瓷在1450℃时相对密度超过98%,维氏硬度达到18 070 MPa,断裂韧性为(6.7±0.2)MPa·m~(1/2)。微观形貌观察表明,ZrB_2/Al_2O_3复合陶瓷韧性的增加是由于弥散分布的ZrB_2在Al_2O_3陶瓷基体中起到遏制裂纹扩展和钉扎双重作用的结果。     

W合金化对RuAl抗氧化性能影响的计算研究

基于密度泛函理论的第一性原理,建立Al_2O_3和RuO_2晶胞模型,计算了Ru Al合金氧化物Al_2O_3和RuO_2的氧化能,结果显示:Al_2O_3的氧化能为–11.43 e V,RuO_2的氧化能为–2.28 e V,Al_2O_3比RuO_2的结构稳定性更好。通过态密度、Bander电荷密度等分析,发现W合金化提高RuAl抗氧化性能的根本原因是:由于W对O的吸附作用,使W周围的Al-O和Ru-O成键强度降低,Al_2O_3和RuO_2的氧化能减少,从而降低其结构稳定性。其中,Al_2O_3结构稳定性降低更加明显。同时,W合金化可降低RuAl合金体系基体内部的Al_2O_3结构稳定性,阻碍生成内氧化过程的生成条件,减少了垂直于表层界面的Al_2O_3的形成,促使表层界面的横向方向上Al_2O_3氧化层的成长,形成连续性致密的Al_2O_3氧化层,提高Ru Al抗氧化性。     

TiO_2/Al_2O_3微弧氧化复合涂层的制备及耐磨性研究（英文）

主要利用微弧氧化方法在Ti-6Al-4V合金表面制备Ti O_2/Al_2O_3复合涂层,并揭示了O~(2-)、Al O_2~-,和Ti~(4+)在涂层生长过程中的作用机制。在高温高电压条件下,Ti-6Al-4V合金表面首先生成Ti O_2、Al_2O_3和Al_2Ti O_5,不断放电引起的高热能导致Al_2Ti O_5进一步分解成Ti O_2和Al_2O_3,且XRD分析表明涂层的物相组成主要是A-Ti O_2、R-Ti O_2和α-Al_2O_3。耐磨性测试结果表明,与基体相比Ti O_2/Al_2O_3复合涂层的显微硬度HV提高到11000 MPa,且耐磨性显著提高,磨损量降低了9.5倍。     

304不锈钢基体表面高温陶瓷涂层的制备及性能研究

采用热化学反应喷涂法在304不锈钢基体表面制备了Al_2O_3非梯度陶瓷涂层(记为1~#涂层)和Ni Cr Al Y/Al_2O_3梯度陶瓷涂层(记为2~#涂层),使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对该涂层的微观形貌、物相变化进行表征;描述了涂层的高温氧化动力学曲线,对涂层的热震性能进行分析。结果表明,喷涂Al_2O_3陶瓷料浆能有效填补Ni Cr Al Y喷涂层产生的裂纹,涂层与金属基体之间呈冶金结合,α-Al_2O_3和金红石型Ti O_2是陶瓷涂层耐高温的主体晶相结构。2~#涂层表现出最佳的抗高温氧化性能和抗热震性能。     

真空热压烧结-内氧化法制备Al_2O_3-Cu/(W,Cr)触头材料的电接触性能

采用真空热压烧结-内氧化法制备Al_2O_3-Cu/(25)W(5)Cr和Al_2O_3-Cu/(35)W(5)Cr电触头材料,分别测试其致密度、导电率和布氏硬度;利用场发射扫描电镜分析触头材料的微观组织;利用JF04C电接触触点测试系统研究两种触头材料的电接触性能。结果表明:纳米Al_2O_3颗粒钉扎位错引起位错缠结;在电弧侵蚀过程中,Al_2O_3-Cu/(25)W(5)Cr触头在30A时有少部分材料从阳极转移至阴极,但两种触头材料最终的质量转移方向都是从阴极转移到阳极;电弧侵蚀过程中随着Cu的熔化、蒸发和喷溅,W颗粒逐渐聚集并形成针状的骨架,阳极形成了凸起,阴极留下灼坑;当弥散铜基体中W的含量从25%增加至35%(质量分数)时,触头的熔焊力下降,抗熔焊性能提高。     

不锈钢管内表面钝化膜ALD制备及抗结焦性能

采用原子层沉积(ALD)技术在SS316不锈钢管内壁制备了Al_2O_3、TiO_2和Ru钝化层,研究其对抗结焦性能影响。结果表明:所制备Al_2O_3钝化薄膜相结构为γ-Al_2O_3,TiO_2为锐钛矿结构,Ru为密排六方结构。钝化处理能够延长燃油循环系统工作时间,管内循环燃油在800℃保温过程中,Al_2O_3引起系统压降升高,而TiO_2对系统的压降略有降低。对比TiO_2和未钝化管的结焦形貌,TiO_2钝化处理有效降低了表面焦油滴的尺寸和数量,同时在TiO_2钝化管未发现丝状碳的产生,无定型碳的数量也有所降低,说明TiO_2钝化层有着优异的抗结焦能力。酒精超声清洗后,TiO_2和Ru钝化管胶质层完全脱落,说明其胶质层结构较为疏松或胶质层较薄;Al_2O_3和未钝化管胶质层只存在部分脱落,说明其胶质层和沥青质层结合力较好或有着较厚的胶质层。实验表明,TiO_2和Ru钝化层抗结焦性能优于Al_2O_3钝化层。     

HOPG上ALD沉积Al_2O_3介电薄膜的生长行为研究（英文）

采用原子层沉积(ALD)的方法,选择三甲基铝(TMA)和H_2O_2作为反应前驱体,在高定向热解石墨(HOPG)基体上沉积Al_2O_3。系统研究了反应温度和生长周次对Al_2O_3生长行为的影响。研究表明:受HOPG表面饱和成键的影响,Al_2O_3在衬底表面处形核困难,在生长初期主要表现为台阶处择优生长,其形态为线状结构。当沉积100周次Al_2O_3时,其中在沉积温度为50°C、150°C和200°C时呈现为纳米线状结构,而在100°C时呈现为非连续薄膜。随着生长周次的增加,不同温度下沉积态Al_2O_3都趋于形成连续薄膜,表明其生长行为发生了由三维岛状生长模式向二维平面生长模式的转变。分析认为,生长模式的转变是由纳米线状结构横向生长造成的;横向生长速率主要受生长温度影响。拉曼结果表明:沉积后的石墨烯层结构未受影响,可保留其原有的优越性能。     

大气等离子喷涂热障涂层CMAS防护层成分及厚度优化

目的优化热障涂层(TBCs)CMAS(CaO-MgO-Al_2O_3-SiO_2)阻抗层的成分和厚度,使其能有效阻抗CMAS沉积物的腐蚀,并同时与热障涂层有较高的结合力。方法首先利用多孔无压烧结陶瓷块体研究了不同含量Al_2O_3和8YSZ(8wt.%氧化钇稳定氧化锆)均匀混合后在高温(1250℃)条件下对CMAS沉积物的防护作用。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及X射线衍射(XRD)仪,分析研究了CMAS腐蚀层的显微结构、腐蚀深度及反应产物。其次,基于最优成分,利用大气等离子喷涂(APS)制备了具有8YSZ/Al_2O_3陶瓷层的热障涂层。对CMAS腐蚀厚度进行分析测量,提出CMAS阻抗层的厚度。结果 Al_2O_3的添加可以有效地阻碍CMAS的渗入,并且Al_2O_3含量越多,防护效果越好。但是CMAS的渗入深度和氧化铝的添加量呈非线性关系。结合TBC陶瓷层的热学性能和力学性能的要求,本实验中最佳的TBCs复合陶瓷层组分为70wt%8YSZ+30wt%Al_2O_3。基于实验结果,提出YSZ/Al_2O_3复合陶瓷层(50μm)-YSZ陶瓷层(150μm)的双层TBC陶瓷层结构,并综合计算出复合陶瓷层的热膨胀系数为9.93×10-6℃-1以及双层TBC陶瓷层的热导率为2.4 W/(m·K)。最后对Al_2O_3减缓CMAS腐蚀的机理进行了量化分析。结论 YSZ/Al_2O_3复合阻抗层的最优成分为70wt%8YSZ+30wt%Al_2O_3,厚度为50μm,能有效阻碍高温下CMAS腐蚀。     

粉末靶射频磁控溅射非晶Al_2O_3薄膜的制备与性能研究

采用粉末靶射频磁控溅射方法制备非晶Al_2O_3薄膜,分析了溅射工艺参数对Al_2O_3薄膜微观结构、表面形貌、光学性能的影响规律及机理,并探究其抗菌特性.研究结果表明:增加氧通量、降低溅射功率和缩短溅射时间均会减小非晶Al_2O_3薄膜颗粒度与粗糙度,同时也降低薄膜的沉积速率;并且,氧通量的增加和溅射时间的缩短均会使非晶Al_2O_3薄膜禁带宽度变宽(最大值可达4.21 e V)、透光率增大(超过90%);光照条件下非晶Al_2O_3薄膜24 h抗菌率最高可达98.6%,体现出了较好的光催化抗菌性.     

弥散La_2O_3质点的NiAl型复合涂层氧化行为的HREM研究

首次用高分辨电子显微镜(HREM)对Ni-La_2O_3复合镀——扩散渗铝涂层氧化前后的精细结构进行了研究。发现NiAl相中含有纳米级的La_2O_3质点,Al_2O_3层中“嵌”入La_2O_3微粒(直径<50nm);氧化物层涂层界面存在过渡相。由此认为La_2O_3质点通过影响Al_2O_3层的生长机制而改善涂层的抗氧化性能。     

镁合金体育器械的表面喷涂与性能研究

采用氧乙炔火焰喷涂法在体育器械用AZ91合金表面制备了Al-(Al_2O_3+Al B_(12))复合涂层,研究了Al_2O_3+Al B_(12)复合粉体含量对涂层显微形貌、物相组成、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性的影响。结果表明,不同含量Al_2O_3+Al B_(12)复合涂层的主要物相都为Al、Al_2O_3、Al B_(12)和Mg_(17)Al_(12)相;该涂层的显微硬度高于AZ91合金基材,且随着Al_2O_3+Al B_(12)含量的增加,该涂层的显微硬度逐渐提高;该涂层的耐磨性能都优于AZ91合金基材。Al+12%(Al_2O_3+Al B_(12))复合涂层具有最佳的耐磨性;基材和涂层的耐腐蚀性从低至高的顺序为:基材Al+4%(Al_2O_3+Al B_(12))Al+8%(Al_2O_3+Al B_(12))Al+12%(Al_2O_3+AlB_(12))。