金刚石–SiC/Al复合材料的构型设计与导热性能

以SiC和镀钨金刚石增强体为原料制备预制体,通过气压浸渗技术在800 ℃,5 MPa条件下制备金刚石–SiC/Al复合材料。利用扫描电镜、红外热成像仪、激光导热仪等对复合材料性能进行分析,研究SiC和金刚石的含量与粒径比对复合材料构型的影响,从而优化复合材料导热性能。结果表明:在相同的SiC粒径下,金刚石体积分数的增加将使复合材料的导热性能明显提升。当金刚石体积分数为30%时,含F100 SiC的复合材料导热性能最佳,其热导率为344 W/(m?K)。当金刚石体积分数相同,粒径比从0.07增大到0.65时,复合材料导热性能依次提升;且在金刚石体积分数为15%时,复合材料的热导率增幅最大,从174 W/(m?K)增大到274 W/(m?K),增长了57%。通过改善金刚石–SiC/Al复合材料中增强体的含量和粒径比可以调控复合材料构型,充分发挥复合材料的导热潜力。      

气压熔渗法制备高导热金刚石/Cu–B合金复合材料

以硼质量分数为0.5%的Cu–B合金为金属基体以及平均粒径为500 μm的金刚石颗粒为增强体,采用气压熔渗法制备金刚石/Cu–B合金复合材料,研究气压参数对其组织结构和热物理性能的影响规律。结果表明:随着气压升高,金刚石与Cu–B合金之间的界面结合效果、导热性能均增强,热膨胀系数减小;当气压为10 MPa时,其界面结合效果最优,界面处生成的碳化物层将金刚石完全覆盖,且100 ℃时的样品热导率为680.3 W/(m·K),热膨胀系数为5.038×10?6 K?1,满足电子封装材料的热膨胀系数要求。      

氮气含量对射频磁控溅射法制备的AlN薄膜微观结构与力学性能的影响

用Ar气和N2气分别作为溅射气体和反应气体,采用射频反应磁控溅射法,通过调节工作气体(Ar气与N2气的混合气体)中N2的含量(体积分数)φ(N2),在硅(100)衬底上制备一系列六方结构AlN多晶薄膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和纳米压痕仪等对薄膜特性进行测试与分析。结果表明,φ(N2)对AlN薄膜的择优取向、结晶性、沉积速率与力学性能的影响都十分显著,对薄膜的微观结构和表面粗糙度也有一定影响:随φ(N2)增大,薄膜的厚度和沉积速率逐渐减小,结晶性也发生显著变化;较高的φ(N2)有利于AlN薄膜沿(002)晶面择优生长;φ(N2)对AlN薄膜的硬度影响较大,而对弹性模量影响较小。实验制备的AlN薄膜具有良好的纳米力学性能,硬度平均值在12.0~29.3 GPa之间,弹性模量平均值在184.0~209.8 GPa之间。     

硼掺杂金刚石电极降解活性橙X-GN偶氮染料废水的研究

目的研究硼掺杂金刚石(BDD)电极电化学氧化降解活性橙X-GN偶氮染料废水。方法采用热丝气相沉积法(HFCVD)制备铌基BDD电极,采用SEM观察BDD薄膜的表面形貌,用Raman检测BDD薄膜的成分,用电化学工作站测试BDD电极的电化学性能。选择活性橙X-GN染料废水作为降解对象,分别研究电流密度(20、50、100、150 m A/cm~2)、电解质浓度(0.025、0.05、0.1 mol/L)和溶液初始pH(3.78、6.74、10.92)等不同工艺参数对降解效率的影响,并采用紫外可见光分光光度计进行测试表征,使用能耗和总有机碳量表征降解效果。结果 BDD电极具有很好的电催化性能,其电势窗口为3.33 V,析氧电位达到2.45 V,远高于大多数有机物的氧化电位,电极表面反应受扩散步骤控制。结合活性橙X-GN染料溶液降解效果,得出100 mg/L活性橙X-GN溶液的最佳降解工艺参数为:电流密度100 m A/cm~2、电解质浓度0.05mol/L、溶液初始pH值3.78。采用最佳工艺参数处理5 h后,色度移除率达到99%,能耗为65.4 k W·h/m~3,TOC去除率达到56.95%。结论 BDD电极可以有效地降解活性橙X-GN染料废水。     

硼掺杂梯度对硬质合金金刚石涂层的影响

为提高硬质合金刀具上金刚石涂层的结合性能,采用热丝化学气相沉积法在YG 8硬质合金基体上沉积高、低梯度硼掺杂微米金刚石（high gradient boron-doped micron crystal diamond, HGBMCD;low gradient boron-doped micron crystal diamond, LGBMCD）涂层和无硼掺杂的微米金刚石（micrometer crystal diamond, MCD）涂层,探究沉积过程中硼掺杂浓度的梯度大小对金刚石涂层的形核和生长性能的影响。结果表明:随着硼的掺入,金刚石的形核密度增大,生长6 h后的金刚石晶粒更均匀细小,其中LGBMCD的晶粒尺寸大部分在2～3 μm;而石墨相在梯度硼掺杂金刚石涂层中的生长会被抑制,HGBMCD中I_Dia/I_G高达14.65,残余应力仅为–0.255 GPa,且Co₂B、CoB等硼钴化合物含量随硼掺杂梯度的减小而增大;金刚石涂层的残余应力因硼的掺入逐渐从压应力转变成拉应力,残余应力大小先减小后增大;洛氏压痕显示,随着硼的掺入,金刚石涂层的结合性能提高,LGBMCD的结合性能最好,在1 470 N下可达到HF2级。因此,适当的硼掺杂梯度有利于提高金刚石涂层的质量和结合性能。      

电磁场辅助HFCVD制备高场发射性能薄膜

目的提高碳素薄膜的场发射性能。方法在热丝化学气相沉积(HFCVD)技术的基础上,针对不同的甲烷浓度(体积分数,全文同)1%和5%,通过施加外场(电场、磁场以及电磁耦合场)分别调控出不同组织结构的薄膜。采用SEM观察薄膜的表面形貌,用Raman检测薄膜的成分,用场发射测试装置来表征薄膜的场发射性能。结果外场作为革新传统工艺的手段,可以影响HFCVD沉积过程。磁场的主要作用是降低晶粒尺寸,电场能够有效促进sp~3相向sp~2相转变,电磁耦合场在此基础上,还可以有效调控出高长径比的表面形貌。甲烷浓度为1%时,制备了金刚石薄膜,开启电场为11.2 V/μm,加入电场或电磁耦合场后,薄膜表面被刻蚀,发生金刚石向石墨的转变,开启电场降低到6.75 V/μm,场发射性能提高。甲烷浓度为5%时,加入磁场、电场制备的薄膜,开启电场由12.75 V/μm依次下降为11.5、9 V/μm,电磁耦合场的刻蚀作用可以获得尖锥状的形貌,且石墨相含量高,开启电场最低(5.65 V/μm),场发射性能最好。结论采用外场(电场、磁场以及电磁耦合场)辅助HFCVD的方式可以制备出多种薄膜,电磁耦合场在较高甲烷浓度时,不但可以提高石墨相含量,还可以获得高长径比的表面形貌,可有效提高薄膜的场发射性能。