多元碳基薄膜中自形成纳米多层结构的研究进展

碳基薄膜作为一种新型的固体润滑材料其结构设计与调控一直是研究的重点与热点。近年来,在利用物理气相沉积法制备金属-碳多元薄膜时发现原位自形成纳米多层结构的奇特现象,研究表明在薄膜中形成纳米多层结构,可以很好地从微观尺度上增强薄膜材料的机械与摩擦学性能,从而利用纳米多层结构的自形成特性使润滑材料实现强韧一体化及多环境适应性。主要综述了在碳基薄膜制备过程中,复合元素、制备技术和沉积参数3种主要的影响因素分别对自形成纳米多层结构薄膜的生长和微观结构的影响规律,探讨了薄膜中纳米多层结构的自形成机制,展望了碳基薄膜自形成纳米多层结构的发展前景。     

微量元素Cr、Zr对铜合金性能的影响

分析了纯铜及合金Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Cr-Zr的力学性能、导电性能和耐蚀性能,研究了微量元素Cr、Zr的添加对纯铜性能的影响。结果表明,微量元素Cr、Zr的添加可显著提高纯铜的强度,强化方式为析出强化;时效过程中析出的弥散相从一定程度上阻碍了电子的运动,使合金的导电性能降低;在中性盐雾环境中,纯铜及合金的失重速度随时间延长呈上升趋势,微量Cr的添加可以提高纯铜的耐蚀性能,而微量Zr的添加则使纯铜的耐蚀性有降低的趋势。     

Cr/CrN/CrTiAlN/CrTiAlCN多元多层薄膜在微型钻头上的应用性能

为了提高微电子线路板(PCB)加工用微型钻头的使用寿命及保证钻孔质量,采用中频反应磁控溅射、离子束辅助的方法分别在WC硬质合金和微型钻头上沉积了Cr/CrN/CrTiAlN/CrTiAlCN多元多层梯度硬质薄膜,研究了多层膜的结构、形貌及钻削性能.结果表明:在WC硬质合金上沉积的多层膜显微硬度为2 631HV,膜/基结合力大于80N,摩擦系数为0.113;镀膜后微钻刃型完好,刃型角度没有改变,同一钻头不同部位沉积的膜层厚度一致;微钻镀膜后使用寿命提高1倍以上,且解决了断针、批锋、塞孔等问题,同时满足孔位精度、孔壁粗糙度等技术要求.     

不同缓冲层对Al掺杂ZnO薄膜性能的影响

本文采用射频反应磁控溅射法在玻璃基底上分别以Al2O3和AZO为缓冲层制备ZnO:Al(AZO)薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见分光光度计等方法对薄膜的结构和光电性能进行表征。XRD和SEM的分析结果表明,在Al2O3和AZO缓冲层上生长的AZO薄膜均具有较好的C轴择优取向,薄膜表面光滑平整,薄膜的结晶质量得到改善;透射光谱表明所有样品在可见光范围内的透过率均超过80%;薄膜的导电性能得到提高。     

浅析粘结层材料结构及性能研究

影响桥梁结构耐久性的主要因素是防水粘结层的质量,目前,对于材料的选择已成为工程师们越来越重视的一问题。本文针对粘结层材料结构以及性能研究作以详细阐述。     

不同热解碳界面层厚度C/ZrC-SiC复合材料烧蚀性能及其机理

通过控制沉积时间制备S5-C/ZrC-SiC、S15-C/ZrC-SiC、S30-C/ZrC-SiC和S50-C/ZrC-SiC等不同热解碳界面层厚度的复合材料,研究了不同热解碳界面层厚度C/ZrC-SiC复合材料的密度与微观组织、烧蚀性能的变化规律及其机理。结果表明：随着热解碳界面层厚度的增大,C/ZrC-SiC复合材料SiC基体含量、密度和气孔率不断降低,但是裂解ZrC基体的含量表现出先降低而后增大的变化规律。S30-C/ZrC-SiC复合材料20 s短时间氧乙炔烧蚀性能最优,其质量烧蚀率和线烧蚀率分别-0.84 mg/s和3.00 μm/s;但是S15-C/ZrC-SiC复合材料长时间循环60 s烧蚀性能最优,其质量烧蚀率和线烧蚀率分别为1.22 mg/s和3.80 μm/s。其原因是,C/ZrC-SiC复合材料20 s氧乙炔烧蚀作用机理主要为机械冲刷,而C/ZrC-SiC复合材料的第二次60 s氧乙炔烧蚀发生了由机械冲刷向热物理和热化学烧蚀机理的转变。     

DLC膜厚度对镁基表面DLC/MAO复合膜层性能的影响

采用线性离子束沉积技术于AZ80镁合金微弧氧化(MAO)陶瓷层表面沉积不同厚度的类金刚石碳(DLC)膜,形成DLC/MAO复合膜层。对比研究4种膜基系统的表面结构特征、力学性能以及摩擦学性能差异。结果表明:随DLC膜厚度增加,复合膜层表面微孔数量减少,孔径减小,但凹凸不平趋势增加,且DLC膜表面颗粒特征更加明显,表现为DLC-80min/MAO/AZ80膜基系统具有最小的表面粗糙度,最大的硬度H、弹性模量E及H/E值;不同厚度DLC/MAO/AZ80膜基系统平均摩擦因数较MAO/AZ80显著降低;DLC膜厚度增加导致3种复合膜基系统的表面微观结构改变,使得摩擦因数与磨痕形貌存在差异;各膜基系统表面磨痕处均形成了Fe的转移层,由于表层DLC膜"裸露"的大量C对磨损界面具有很好的润滑作用,而使得镁合金基体获得有效保护。     

TC4钛合金表面电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜研究

用电弧离子镀技术在TC4钛合金基体上通过改变偏压制备了4组TiN/CrN薄膜,对薄膜的表面形貌、厚度、相结构、硬度、膜基结合力和摩擦系数等组织、性能进行了测试表征。结果表明,薄膜是由TiN相和CrN交替叠加构成的纳米多层薄膜,薄膜的调制周期为60 nm,总的厚度约为480 nm。与基体钛合金相比,镀膜后样品的表面性能与偏压幅值密切相关并有显著提高:显微硬度从基体的3 GPa提高到16.5~24.7 GPa;摩擦系数从基体的0.35大幅度降低到0.14~0.17;薄膜与基体结合牢固,膜基临界载荷在60~80N之间。经电弧离子镀TiN/CrN纳米多层薄膜处理后,TC4钛合金可以满足沙粒和尘埃磨损条件下的耐磨性能要求。     

金刚石薄膜用钢基表面过渡层研究进展

介绍了影响钢基表面金刚石薄膜沉积的不利因素,分析和综述了近10年来在提高金刚石薄膜质量以及薄膜粘结性等方面所采用的各种中间过渡层及其研究进展.过渡层可采用沉积法制备,也可采用表面改性法制备.过渡层可以制备成单层膜结构,也可制备成多层膜结构.对于不同的基底材料应选择不同的过渡层.     

C60薄膜的热处理性能研究

通过对Ｓｉ（１００）衬底上Ｃ６０薄膜在不同温度处理后的ＡＥＳ谱线性研究发现,Ｃ６０分子于９７３Ｋ时开始分解,生成石墨类碳碎片,１０７３Ｋ时Ｃ原子已与Ｓｉ原子键合形成ＳｉＣ,１１２３Ｋ时Ｃ６０分子全部分解,这一研究结果对解释Ｃ６０分子促进金刚石成核将起到重要作用。     

过渡层ZrO2对不同沉积厚度TiO2薄膜结构的影响

TiO2作为高介电常数材料已被广泛研究.为了防止TiO2与Si基底发生反应,在Si与TiO2之间加入与TiI2结构相似热稳定性好的ZrO2作为过渡层.改变TiO2薄膜厚度,并在900℃对薄膜进行1h退火处理.通过XRD分析显示,随着TiO2厚度减小,各衍射峰强度逐渐降低,但各峰位及其相对强度无明显变化.通过SEM可以发现,热处理前各薄膜均无裂纹和孔洞.热处理后,TiO2厚度为150m及80nm的薄膜平整光滑无裂纹孔洞,晶粒排列致密晶界清晰,当TiO2厚度降为30nm时,薄膜仍平整光滑,只在晶界上出现因热处理而产生的缩孔.     

铝合金表面多层梯度碳基复合薄膜构筑与防护研究取得进展

中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室低维材料摩擦学课题组在铝合金表面多层梯度碳基复合薄膜构筑与防护研究方面取得了新进展。     

层厚比对磁控溅射Cr/CrN多层涂层组织和性能的影响

在超高真空磁控溅射仪上,制备了一系列具有相同调制周期不同层厚比的Cr/CrN涂层。用X射线衍射仪分析了涂层的相组成,通过扫描电镜观察了涂层形貌,采用显微硬度计测试了涂层硬度,在划痕仪上确定涂层和基体间的结合力,并利用磨损仪测量涂层的摩擦磨损性能。结果表明:调制周期为400nm时,当层厚比由2.0减小到0.2,Cr/CrN多层涂层始终由Cr和CrN两相组成,涂层择优取向为CrN(200),且涂层变得愈加致密,硬度从1550HV增大到2300HV,磨损率从2.4×10-8 mm3·N-1·m-1减小为0.6×10-8 mm3·N-1·m-1,涂层和基体结合性能优良。     

碳点基白光荧光薄膜的研究进展

碳点(Carbon dots,CDs)具有制备简单、来源广泛、毒性低和光学性能优异等特性,可作为发光材料应用于固态照明器件中.基于CDs荧光薄膜的制备及实现其白光发射的方式不同,使其白光荧光薄膜的性能各异.首先,介绍了CDs的光致发光机制;其次,根据CDs荧光薄膜的形成方式归纳为CDs/聚合物荧光薄膜和CDs自组装荧光...     

碳纤维表面处理对2D碳/碳复合材料弯曲性能的影响

为改善纤维与基体的界面结合状态及提高碳/碳复合材料性能,采用1700℃惰性气体保护、2200℃惰性气体保护、400℃空气氧化三种表面处理方法对碳纤维进行了表面处理.结果表明,经过2200℃处理后的纤维表面比较粗糙,有很多沟槽,制备的碳/碳复合材料中纤维与基体结合紧密,弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料弯曲强度提高75%;经过400℃处理后的纤维表面凹坑、凸起较纤维未处理前增多,制备的碳/碳复合材料中纤维与基体结合强度适中,其弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料弯曲强度提高43%;而经过1700℃处理的纤维表面比较光滑,纤维与基体结合弱,弯曲强度比未经表面处理的纤维制备的碳/碳复合材料的弯曲强度低.     

SP^2乱层碳上金刚石薄膜的成核的研究

利用化学气相沉积技术在预沉积的ＳＰ＾２乱层碳上实现了金铡石薄膜的成核和生长，分析研究了成核的特征和机制。     

Cr基过渡层对CrWN涂层摩擦学性能的影响

本文探究了 Cr过渡层及Cr-CrN过渡层对CrWN涂层耐磨性能的影响,制备具有良好的减磨耐磨性能的CrWN涂层.采用等离子增强磁控溅射工艺,在碳化钨基体表面制备CrWN涂层,Cr-CrWN涂层、Cr-CrN-CrWN涂层.通过扫描电子显微镜,X射线光电子能谱仪,X射线衍射仪,纳米压痕仪,洛氏硬度计和摩擦磨损实验机对涂...     

Cu基Al掺杂ZnO多层薄膜的生长及其性能

本文采用直流磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了AZO/Cu、Cu/AZO和AZO/Cu/AZO三种复合结构多层膜,研究了生长温度对多层膜特性的影响,发现AZO/Cu双层薄膜具有最优的光电性能,其最佳生长温度为100~150℃。文中进一步考察了生长温度对AZO/Cu双层薄膜结构性能和表面形貌的影响,结果表明：合适的生长温度有...     

Cu基Al掺杂ZnO多层薄膜的生长和性能

本文采用直流磁控溅射技术在玻璃衬底上制备了AZO／Cu、Cu／AZO和AZO／Cu／AZO三种复合结构多层膜,研究了生长温度对多层膜特性的影响,发现AZO／Cu双层薄膜具有最优的光电性能,其最佳生长温度为100～150℃。文中进一步考察了生长温度对AZO／Cu双层薄膜结构性能和表面形貌的影响,结果表明：合适的生长温度有利于改善AZO／Cu双层薄膜的晶体质量,进而提高其光电性能;150℃下沉积的薄膜具有最佳品质因子1．11×10^-2Ω^-1,此时方块电阻为8．99Ω／sq,可见光透过率为80％,近红外反射率约70％。本文在较低温度下制备的AZO／Cu双层膜具有较优的透明导电性和良好的近红外反射性,可以广泛应用于镀膜玻璃、太阳能电池、平板显示器等光电领域。     

氢气与Cu中间层对GZO薄膜光电性能的影响

采用磁控溅射方法, 在H₂/Ar混合气氛下制备了GZO薄膜和在Ar气氛下制备了GZO/Cu/GZO多层结构薄膜, 分别研究了H2流量和Cu层厚度对薄膜透明导电性能的影响。在此基础上, 在H₂/Ar混合气氛下制备了GZO/Cu/GZO多层结构薄膜, 对Cu层厚度对其性能的影响进行了研究。结果表明, 沉积气氛中引入H₂能有效降低GZO薄膜的电阻率而提高其透光率, 在H₂流量为20 sccm时GZO薄膜具有最佳性能。随着Cu厚度的增加, GZO/Cu/GZO多层结构薄膜的电阻率和平均透过率显著下降。在H₂/Ar混合气氛下制备的氢化GZO/Cu/GZO多层结构薄膜的电阻率普遍低于Ar气氛下制备的GZO/Cu/GZO多层结构薄膜, 但其透光率却随Cu层厚度的增加而显著降低。另外, 薄膜的禁带宽度随H₂流量的增加而增加, 随Cu层厚度的增加而减小。