用离子束控制材料电子发射性能及应用

研究了用离子束技术控制材料表面电子发射性能的方法，报告这一技术在抑制行波管栅极电子发射、制备场发射平板显示器阴极及改善生物医学材料凝血性能等方面的应用及结果。     

TiN薄膜的合成及其性能研究

用电子束蒸发沉积钛和40keV氮离子束轰击交替进行的办法合成了TiN薄膜。用RBS,AES,TEM,XPS,和X射线衍射研究TiN薄膜的组分和结构表明:用离子束增强沉积制备的TiN薄膜主要由TiN相构成;晶粒大小为30—40um,无择优取向;而非离子束轰击沉积的薄膜则是无定形的;用离子束增强沉积制备的TiN薄膜,其氧含量明显小于无离子束轰击薄膜的值;在TiN薄膜和衬底之间存在一个界面混合区,厚度为40um左右。机械性能测试表明,TiN薄膜具有高的显微硬度,低的摩擦系数。     

镀铂多孔金属钛性能的研究

钛镀铂作为不溶性阳极、阴极,已广泛应用于电解工业。采用电镀技术在多孔钛表面沉积了均匀的铂金属层,分析了多孔钛镀铂后的表面状态及电化学性能,并与IrTi涂层阳极及镀铂钛网阴极进行比较,结果显示：多孔钛板开孔孔隙表面可均匀沉积结合力良好的铂层,镀层厚度为2μm;镀铂多孔钛阴极析氢电位比镀铂钛网高,且在大电流下,阳极析氧电位比IrTi涂层阳极高。因此采用这种方法制备出的电极可大幅降低能耗,使用寿命得以延长,对电解工业节能具有重要意义。     

放电等离子体烧结复合稀土钼阴极的次级发射性能及组织的研究

研究了放电等离子体烧结(SPS)复合稀土氧化物的钼阴极材料的二次电子发射系数、致密化、组织、结构，对发射后的材料表面进行了微观组织观察，并与常规烧结(CIP-S)方法进行了比较。在低于常规烧结温度180℃-280℃，保温3min得到的复合稀土氧化物的钼阴极材料的晶粒明显细化，相对密度达95．6％-98．8％，因在激活发射过程中能快速在阴极表面形成高比例的稀土氧化物膜，使二次电子发射系数高于CIP—S烧结材料。但SPS烧结温度高于l600℃，晶粒将急剧长大，二次发射系数也显著下降.     

碳钛颗粒膜表面电子发射特性

采用磁控溅射技术沉积碳钛颗粒膜,应用图形化工艺制作基于碳钛颗粒膜的表面电子发射原型器件。在幅值渐增的三角波电压作用下,器件在电压幅值低于17V时,伏安特性呈明显的线性特性,对应的薄膜表面没有变化;进一步升高器件电压幅值,伏安特性呈明显的负阻特性,同时可以观测到表面电子发射,表面电子发射最大达到7.2μA,发射效率达到了0.094 3%,薄膜表面失色,产生明显的孔洞结构。根据F-N理论拟合器件电压和发射电流,所得Ie-Vf特性曲线呈直线,表明发射电子源于场致电子发射。     

稀土-钼阴极二次电子发射性能研究

采用固固掺杂、液固掺杂和液液掺杂方法制备了稀土氧化物掺杂钼粉,随后利用等离子体快速烧结(spark plasma sinterin,SPS)和传统的压制与高温烧结分别制备稀土-钼金属陶瓷材料,利用金相显微镜、发射性能测试方法对样品的微观结构和二次电子发射性能进行了研究。结果表明:稀土氧化物均匀掺杂和组织的细化有利于材料发射性能提高。经过高温氢气处理,使得样品激活温度大幅降低,发射系数大幅提高。     

复合稀土氧化物-钼-铼金属陶瓷阴极的次级发射性能

研究了复合稀土氧化物-钼-铼金属陶瓷阴极的二次电子发射系数和抗暴露大气性能,对发射后的表面进行了表面分析,并与单元、复合稀土-钼金属陶瓷阴极进行了对比.研究结果表明:加入微量铼的复合稀土氧化物-钼金属陶瓷阴极的二次电子发射系数可提高8%,其最大次级发射系数δm为2.65,且具有较好的抗暴露大气性能.     

空心阴极辅助多弧镀(Ti,Al)N涂层物相组成及性能

采用空心阴极离子束辅助多弧离子镀技术,通过变换靶材中Ti-Al比例(Al含量分别为30 at%、50 at%和70 at%)沉积了(Ti,Al)N涂层。利用XRD、激光共聚焦显微镜、材料表面微纳米力学测试系统等检测了涂层的质量和性能。研究了涂层的相组成、表面粗糙度、摩擦系数和硬度、以及涂层的耐高温性能等随靶材成分比例改变而变化的规律。结果表明,当靶材中Al含量为50 at%时,沉积层相组成以Ti_(1-x)Al_xN为主,涂层粗糙度和摩擦系数最小,分别为0.3188和0.6074,而硬度值最高,为34.19 GPa;加热温度低于800℃时涂层物相组成没有发生明显变化,900℃时涂层产生开裂基体被氧化;空心阴极离子束辅助沉积时能够形成"混合界面",并减轻涂层表面"大颗粒"现象。     

辅助气体CH4和Ar对IBED制备碳膜性能的影响

采用离子束辅助沉积技术(IBED)制备了一系列碳膜,重点分析辅助气体CH4、Ar对碳膜组成相、电阻率、厚度和硬度的影响.结果表明:采用CH4辅助轰击制得的薄膜厚度高于采用Ar辅助轰击的薄膜厚度;采用Ar辅助轰击的薄膜在硬度、结合强度方面要优于CH4辅助轰击的薄膜;相对于类金钢石薄膜,所制备的碳膜更接近于类石墨膜.     

Ta12W合金表面离子束沉积薄膜与U-Nb合金之间的摩擦性能

采用离子束沉积方法在Ta12W合金表面制备了Sn,In软金属薄膜,Al2O3陶瓷薄膜和In/Al2O3复合薄膜.利用销盘摩擦磨损试验机并结合SEM观察分析了对偶销为U-Nb合金时,试样的摩擦学性能并讨论了摩擦磨损机理.当用SiC对偶进行评价时,Sn,In软金属薄膜降低了Ta12W合金摩擦系数.然而当对偶销改为工程状态的U-Nb合金时,由于用离子束溅射沉积法制备的Sn薄膜太薄、In薄膜与U-Nb合金发生粘着,Sn,In软金属薄膜与In/Al2O3复合薄膜均未降低Ta12W合金的的摩擦系数.当Sn薄膜增加到一定厚度时,摩擦性能得到明显改善.Al2O3陶瓷薄膜与U-Nb合金对偶销摩擦时,与Ta12W合金表面直接摩擦结果一样,由于U-Nb合金容易被磨损而使磨屑转移到试样表面,摩擦系数没有下降.     

钛合金表面离子束增强沉积膜层的环境适应性和接触相容性

利用离子束增强沉积技术在钛合金表面制备CrN硬质抗磨层和CuNiln固体润滑膜层。通过电化学测试技术对比研究了膜层和钛合金基材在含Cl介质中的抗蚀性能和接触腐蚀敏感性，利用高温静态氧化方法评价了膜层的抗氧化性能。结果表明：(1)CuNiln膜层耐电化学腐蚀性能和抗氧化性能显著优于Cu，在含Cl介质中与钛合金接触相容。(2)在含Cl水溶液中，CrN膜层耐蚀性好，与钛合金接触相容；在HCl HF混合酸中，CrN膜耐蚀性能远优于钛合金；抗氧化性能优于Ti。     

Microstructure and Tribological Behavior of Cr-Cu-N Coatings Deposited by Ion Beam Assisted Magnetron Sputtering

Cr-Cu-N coatings with copper content from 0 at%to 6.8 at%were deposited on silicon and M2 steel by ion beam assisted magnetron sputtering.The microstructure and composition of the coatings were characterized using SEM,GDOES,XRD and XPS.The mechanical properties of the coatings were tested on a standard hardness tester.The tribological behavior of the coatings in dry wear condition was studied by means of ball-on-disc wear test.The experimental results show that addition of copper can restrict the columnar crystal growing to a certain degree.XRD and XPS analysis indicate that coatings are mainly composed of Cr and CrN phase.Cu is mainly existed in a free state in the coatings.Copper adding has no obvious effects on the hardness of the coatings.However,the coatings fracture toughness can be improved by doped copper.The coefficient of friction of the coatings against bearing steel is in the range of 0.25-0.6 changing with the copper content.The coating with 2.6 at%copper shows the lowest coefficient of friction about 0.25 and wear rate which is about one tenth of that of the coating with 6.8 at%copper.The higher coefficient of friction and wear rate of the coating with 6.8at%copper may be attributed to its lower bonding strength.     

等离子辅助电子束蒸发La2O3薄膜的制备

采用等离子辅助电子束蒸发，在Si（100）衬底上沉积La2O3薄膜。随后对非晶的沉积态薄膜在750℃和900℃分别退火1h。实验结果表明，采用等离子辅助电子束蒸发，可以获得非晶态的La2O3薄膜：经750℃热处理后，薄膜部分晶化：经900℃热处理后，薄膜显著晶化，晶粒尺寸明显增大，并沿（002）方向择优取向。对薄膜厶矿特性的测量结果表明，沉积态薄膜具有较小的漏电流，但随着热处理温度升高，薄膜晶化程度提高，薄膜漏电流逐渐增大：对薄膜透过率的测量结果表明，单面抛光的Si衬底上沉积La2O3薄膜，在近红外范围内有明显的增透效果，最大可达20％左右。     

电子束蒸发镀铬制备凹印版材耐磨层的研究

利用电子束蒸发镀技术在铜表面沉积铬层,并对制备的工艺,涂层的性能行了初步研究.结果显示,采用低电压(6kV)和低束流(50mA、60mA))蒸镀时,沉积速度适中,所得的膜层呈银白色且光亮,内应力较小,无开裂现象,镀层厚度均匀,硬度较高,且与基体结合良好.适当控制电子枪的工艺参数和烘烤时间可以增加薄膜与基体的结合力.     

Ar+离子束对U薄膜表面粗糙度的影响

采用Ar+离子束对U薄膜表面进行反应溅射,通过白光干涉仪和台阶仪的测量与分析,着重研究Ar+离子束溅射能量、入射角度对其表面粗糙度Ra的影响,并与Ar+离子束刻蚀试验进行比对.结果表明,以30°角入射,随溅射时间的增加,能量为0.5 keV的Ar+离子束较1.0 keV对U薄膜表面粗糙度趋于减小,表面愈光滑,溅射深度仅限于纳米级,而与金属Mo的刻蚀效果相比与之相反.Ar+离子束溅射对材料表面具有超精细抛光的效果,辅之于离子束微米级刻蚀减薄,将有助于U薄膜表面精细加工.     

Nano-structural Modification of Amorphous Carbon Thin Films by Low-energy Electron Beam Irradiation

CARBON-BASED MATERIALS have been regardedas one of the most important materials in nano-technology.Not only nanotubes and fullerenes but alsoa new form of carbon incorporating distinct graphiticconfigurations in amorphous carbon networks hasrecently attracted extensive interests in order toaccomplish high performances by combining diversephysical properties which arise from carbon structuresfl,2].In particular,the establishment of functionallyhybridized carbon systems with a thin film f…     

电子束交替蒸发制备蓄能发光膜及其性能研究

使用真空电子束交替蒸发的方法,在DMD-450型真空镀膜系统中,通过调整Sr_2CO_3、Al_2O_3、Eu_2O_3、Dy_2O_3独立原料靶材的蒸发时间和蒸发周期次数,制得蓝绿色(GF) 和蓝紫色(PF)发光膜.在以铝酸盐为基质的蓄能发光膜中,改变铝与锶的摩尔比,将出现Eu~(2+)的4f~65d~1→4f~7多颜色宽带跃迁和Eu~(3+)的~5D_0→~7F_J窄带跃迁.还原热处理条件对发光膜的发光性能有着重要影响:温度明显影响结晶状态;还原气氛中H_2量对发光膜的发光颜色影响较小,但会影响其相对发光强度.     

钛表面反应离子束镀钯膜的耐腐蚀性

描述反应离子束在钛表面镀钯膜的耐蚀特性。用扫描电子显微镜(SEM)、x射线能谱仪(EDx)和俄歇电子谱仪(AES)观察分析膜的形貌和组分。测试镀膜样品在1mol/L H_2SO_4溶液中腐蚀性能。结果表明处理样品的耐腐性比未处理样品提高一个数量级以上。