不锈钢基Al2O3/SiC双层薄膜的制备和性能

用磁控溅射法在奥氏体不锈钢上分别制备了SiC单层膜和Al2O3/SiC双层膜,研究了溅射气压,溅 射功率以及退火温度对性能的影响.对比了二者的结构、硬度以及耐腐蚀性.结果表明,Al2O3缓冲层降低了SiC薄膜与奥氏体不锈钢基底的热失配和晶格失配,减少了因其而产生的缺陷,从而改善了奥氏体不锈钢上SiC薄膜的结晶质量.     

离子束辅助沉积A12O3薄膜的微观状态及其物理特性研究

本利用透射电子显微镜、原子力显微镜、X光电子能谱等微观分析手段，系统研究了氧离子束辅助离子束沉积方法制备的Al2O3薄膜的化学成分、微观结构、表面形貌及其随退火温度的变化，并对Al2O3薄膜折射率、显微硬度和膜基结合强度等物理特性及其随沉积温度的变化进行了详细研究。研究发现：用离子束辅助沉积制备的薄膜基本满足Al2O3的标准成分配比；在沉积温度低于500℃制备的Al2O3薄膜以非晶Al2O3相a—Al2O3为主；Al2O3薄膜的表面粗糙度、折射率、显微硬度随沉积温度的增加而增加；当沉积温度高于200℃时，薄膜与基体间的膜基结合强度将随沉积温度的增加而下降。分析表明：薄膜表面形貌与晶体内部的结构相变有关，薄膜的退火相变途径为a—Al2O3800℃→γ-Al2O31000℃→γ-Al2O3 α-Al2O31200℃→α-Al2O3。     

SiC/DLC过渡层对类金刚石薄膜力学性能的影响

采用等离子体浸没离子注入及沉积技术在钛合金(Ti6Al4V)表面制备了类金刚石薄膜和含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜。采用拉曼光谱及扫描电子显微镜分析了薄膜的成分和结构,并利用超显微硬度计、薄膜结合力测试仪和往复式摩擦实验机研究了薄膜的硬度、韧性、膜/基结合力和耐磨性。研究结果表明,SiC/DLC过渡层可以提高钛合金(Ti6Al4V)表面类金刚石薄膜的韧性及膜/基结合力,与未制备过渡层的类金刚石薄膜相比,含有SiC/DLC过渡层的类金刚石薄膜的耐磨性明显提高。     

溅射Ni和Ni/Al对SiC陶瓷真空钎焊性能的影响

本工作采用磁控溅射的方法在SiC陶瓷表面分别溅射Ni薄膜和Ni/Al双层薄膜,然后将表面改性的SiC陶瓷片用真空钎焊的方法制备了以Al为钎料的钎焊接头,研究了表面溅射Ni和Ni/Al对SiC真空钎焊接头界面结合的影响。结果表明,表面溅射Ni薄膜的SiC钎焊接头平均剪切强度为69.4 MPa,表面溅射Ni/Al薄膜的SiC钎焊接头平均剪切强度为113.8 MPa,均高于未改性处理的SiC钎焊接头的平均剪切强度(48.4 MPa),其原因在于SiC表面溅射沉积Ni和Ni/Al薄膜,一方面能够避免脆性反应相Al₄C₃的生成对界面结合强度的降低,另一方面有助于改善铝钎料对SiC陶瓷表面的润湿。另外,相比于溅射单层Ni薄膜,采用Ni/Al双层薄膜改性的SiC钎焊接头,由于界面生成的强化相Al₃Ni分布更为集中,起到了“锚定”钎缝的作用,使接头剪切强度得到了更大的提高。     

空气中无压烧结Al2O3/SiC陶瓷的微观结构及性能

研究了Al2O3/SiC陶瓷在空气中的烧结行为,实现了该体系在空气中的致密化烧结,1600℃添加10%(体积分数,下同)SiC的试样致密度达到97.6%,维氏硬度达到14.45GPa.探讨了烧结温度与SiC含量对Al2O3/SiC陶瓷微观结构和致密度、硬度等性能的影响,高温下烧结可得到较致密的陶瓷,但SiC含量超过30%的试样会产生"夹心"现象.探索了粉末埋烧对陶瓷致密度的影响,表明埋烧的方法可以降低低SiC含量试样的气孔率,起到抑制氧化的作用.     

精密磨擦材料氧化铝/聚酰亚胺磨片的制备

采用一次成膜和程序升温法,制备了以聚酰亚胺为基底的氧化铝新型磨片(Al2O3/PI),可用于硬脆性机件表面的精加工和抛光.扫描电镜(SEM)显示,Al2O3/PI磨片为双层膜型,磨料层厚度约50μm,基底厚度约150 μm.差热分析(DSC/TGA)、拉伸强度和断裂伸长率测试表明显示,Al2O3/PI磨片的热分解温度大于500℃,并具有PI膜的高强度和良好的柔韧性.对磨片制备过程的主要影响因素及铜片的抛光效果进行了讨论.     

射频磁控溅射沉积Al/Al2O3纳米多层膜的结构及性能

运用射频磁控溅射技术在Si(100)基片及40Cr钢基体上制备了调制周期λ=60 nm,调制比η=0.25～3的Al/Al2O3纳米多层膜.通过X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电镜、原子力显微镜、维氏显微硬度仪及MFT-4000多功能材料表面性能测试仪对多层膜的结构、硬度、膜基结合强度及摩擦性能进行了研究.结果表明:Al/Al2O3多层膜中Al层呈现(111)择优取向,Al2O3层以非晶形式存在,多层膜呈现良好的调制结构.薄膜与衬底之间的结合强度较高,均在40N左右,摩擦系数均低于衬底的摩擦系数,表明Al/Al2O3多层膜具有一定的减摩作用.η=0.25的Al/Al2O3多层膜具有最高的硬度值(16.1GPa),摩擦系数最低(0.21),耐磨性能最好.     

分步法制备MoS2/Ti3SiC2层状复合材料

研究了采用分步法制备MoS2/Ti3SiC2层状复合材料的工艺,其制备过程分2步进行.首先制备Ti3SiC2高纯粉,再在1 400℃,30 MPa条件下热压烧结制备MoS2/Ti3SiC2层状复合材料.其MoS2含量分别为2%,4%,6%,8%(w/%).用XRD分析比较4种不同MoS2含量的烧结试样的相组成,并测试维氏硬度和电导率.实验结果表明,当MoS2含量为4%时,MoS2/Ti3SiC2烧结试样的硬度达到7.83 GPa,且电导率达到10.05×106 S·m-1.MoS2含量再增加时,烧结试样的硬度有所增大,但电导率有所下降.     

微波烧结Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的研究

以分析纯Al(NO3)3.9H2O·NH3.H2O和50 nm的SiC粉体为原料,采用溶胶-凝胶法制备干凝胶,经热处理合成Al2O3/SiC纳米复合粉体。利用微波烧结制备Al2O3/SiC纳米复合陶瓷,并与常规烧结比较,分析了两种烧结方法对制备试样的力学性能影响。结果表明,与常规烧结相比,微波烧结可以提高Al2O3/SiC纳米复合陶瓷的强度和韧性,改善材料的显微结构,促进致密化和晶粒生长。     

离子束辅助沉积Al2O3薄膜的微观状态及其物理特性研究

本文利用透射电子显微镜、原子力显微镜、X光电子能谱等微观分析手段 ,系统研究了氧离子束辅助离子束沉积方法制备的Al2 O3 薄膜的化学成分、微观结构、表面形貌及其随退火温度的变化 ,并对Al2 O3 薄膜折射率、显微硬度和膜基结合强度等物理特性及其随沉积温度的变化进行了详细研究。研究发现 :用离子束辅助沉积制备的薄膜基本满足Al2 O3 的标准成分配比 ;在沉积温度低于 5 0 0℃制备的Al2 O3 薄膜以非晶Al2 O3 相a Al2 O3 为主 ;Al2 O3 薄膜的表面粗糙度、折射率、显微硬度随沉积温度的增加而增加 ;当沉积温度高于 2 0 0℃时 ,薄膜与基体间的膜基结合强度将随沉积温度的增加而下降。分析表明 :薄膜表面形貌与晶体内部的结构相变有关 ,薄膜的退火相变途径为a Al2 O380 0℃ γ Al2 O310 0 0℃ γ Al2 O3 +α Al2 O312 0 0℃ α Al2 O3 。     

Sc2W3O12薄膜制备及其负热膨胀性能

采用脉冲激光沉积法制备了斜方相Sc₂W₃O₁₂薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)和场发射扫描电镜(FESEM)对Sc₂W₃O₁₂靶材和Sc₂W₃O₁₂薄膜组分、表面形貌和靶材断面形貌进行表征, 研究衬底温度与氧分压对薄膜制备的影响。采用变温XRD和热机械分析仪(TMA)分析了Sc₂W₃O₁₂陶瓷靶材和薄膜的负热膨胀特性。实验结果表明: 经1000℃烧结6 h得到结构致密的斜方相Sc₂W₃O₁₂陶瓷靶材, 其在室温到600℃的温度范围内平均热膨胀系数为-5.28×10^-6 K^-1。在室温到500℃衬底温度范围内脉冲激光沉积制备的Sc₂W₃O₁₂薄膜均为非晶态, 随着衬底温度的升高, 薄膜表面光滑程度提高; 随着沉积氧压强增大, 表面平整性变差。非晶膜经1000℃退火处理7 min后得到斜方相Sc₂W₃O₁₂多晶薄膜, 在室温到600℃温度区间内, Sc₂W₃O₁₂薄膜的平均热膨胀系数为-7.17×10^-6 K^-1。     

Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结的制备及其C-V特性研究

为制备符合铁电存储器件要求的高质量铁电薄膜,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)工艺,制备了Si基Bi4Ti3O12铁电薄膜及MFS结构的Ag/Bi4Ti3O12/P-Si异质结,对Bi4Ti3O12薄膜的相结构特征及异质结的C-V特性进行了测试与分析.XRD图谱显示,Si基Bi4Ti3O12薄膜具有沿c-轴择优取向生长的趋势,而Ag/Bi4Ti3O12/p-Si异质结顺时针回滞的C-V特性曲线则表明,该异质结可实现电极化存储.此外,对该异质结C-V特性曲线的非对称及向负偏压方向偏移的产生原因也进行了分析.在此基础上,为提高铁电薄膜的铁电性能及改善其C-V特性提出了合理的结构设想.     

奥氏体不锈钢表面硬质薄膜的制备与性能研究

用磁控溅射法在奥氏体不锈钢基片上分别制备了TiN薄膜和Al2O3薄膜,并用XRD、SEM和显微硬度等测试手段对沉积态和退火态薄膜进行表征,分析了不同工艺参数对薄膜的沉积速率、结构和性能的影响,从而得到最佳工艺参数。TiN薄膜在沉积气压为1．5Pa,氩氮比为16：16时薄膜的硬度值最大为16．0GPa。Al2O3薄膜在沉积气压为0．5Pa,氩氧比为10：1时薄膜的硬度值可达25．2GPa。     

Bi2O3薄膜的制备及其电阻开关特性的研究

电阻式存储器由于具有众多的优点有望成为最有前景的下一代高速非挥发性存储器的选择之一.实验利用射频磁控溅射法在重掺硅上沉积了Bi2O3薄膜,并对该薄膜的结晶状态和Au/Bi2O3/n+Si/Al结构的电阻开关特性进行了研究.XRD分析结果表明,射频磁控溅射法沉积所得的Bi2O3薄膜结晶性能好,(201)取向明显.I-V曲线测试结果表明,Au/Bi2O3/n+Si/Al结构具有单极性电阻开关特性.通过对不同厚度Bi2O3薄膜的Au/Bi2O3/n+Si/Al结构I-V特性比较发现,随着薄膜厚度的增加,电阻开关的Forming、Set和Reset阈值电压均随之增加.对于Bi2O3薄膜厚度为31.2 nm的Au/Bi2O3/n+Si/Al结构,其Forming、Set和Reset阈值电压均低于4 V,符合存储器低电压工作的要求.     

粉末冶金法制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料及其热膨胀性能

通过添加适量的Al_2W_3O_(12)负热膨胀粉体来优化碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料的热膨胀系数。实验采用固相法制备负热膨胀性能的Al_2W_3O_(12)粉体,并按10%,20%,30%的体积比添加至SiC_p/Al复合粉体中,利用粉末冶金工艺制备SiC_p/Al_2W_3O_(12)/Al复合材料。实验结果表明:制备的复合材料组织分布均匀,致密度良好。室温到200℃内,在Al基体质量分数不变的前提下,Al_2W_3O_(12)的加入有效降低了复合材料的热膨胀系数。     

Sc2W3O12/ZrO2可控热膨胀复合材料的制备

采用固相法成功制备了纯度较高的各向异性负热膨胀材料Sc₂W₃O₁₂。将ZrO₂与Sc₂W₃O₁₂按一定体积比混合, 在1200 ℃烧结10 h制备Sc₂W₃O₁₂/ZrO₂复合材料。通过XRD、SEM、EDS和热膨胀仪对合成样品的晶体结构、断面形貌和热膨胀性能进行表征。结果表明: 样品组元为正交相Sc₂W₃O₁₂和单斜相ZrO₂; 在 30~600 ℃内, Sc₂W₃O₁₂/ZrO₂复合材料的热膨胀系数皆线性一致, 并且通过改变Sc₂W₃O₁₂的体积分数, 其热膨胀系数可以控制为正、负或零, 其中60%Sc₂W₃O₁₂/ZrO₂复合材料在30~600 ℃的平均热膨胀系数为0.026×10^-6 ℃^-1, 近似为0。     

SiC/C薄膜的制备及其力学性能

以SiC 超细粉为原料、采用热等离子体物理气相沉积( TPPVD) 技术快速制备出了高质量SiC/ C 薄膜, 最大沉积速度达到225 nm/ s, 高于常规物理气相沉积( PVD) 和化学气相沉积(CVD) 法两个数量级。用扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X 射线光电子谱对薄膜的形貌和微结构进行了观察和分析, 并用纳牛力学探针测定了薄膜的力学性能。研究结果表明, 向等离子体中导入CH₄, SiC/ C 薄膜沉积速度增大, 薄膜中C 含量增加, 薄膜断面呈现柱状结构。薄膜硬度和弹性模量随薄膜中C 含量增加而降低, 在接触深度为40 nm 时由纳牛力学探针测得沉积薄膜的最大硬度达到38 GPa。     

电子束退火制备二硼化镁超导薄膜的可行性研究

提出了电子束退火制备MgB2超导薄膜新工艺。在对电子束退火制备MgB2超导薄膜可行性进行理论研究的基础上,使用EBW-6型电子束热处理设备,在真空度5.0×10-3Pa、加速电压40 kV、束流2mA、束斑14.2mm、退火时间1.5 s的条件下对[B(10 nm)/Mg(15 nm)]4/SiC夹层结构前驱膜进行了退火实验,得到了零电阻温度为30.3K、转变宽度ΔTc为0.4K、临界电流密度(5 K、0 T)为5.0×106A/cm2、表面平整的MgB2超导薄膜。证明了电子束退火制备MgB2薄膜是切实可行的。该工艺可以推广到大面积MgB2超导薄膜和MgB2线带材的制备。     

ZnO/SnO_2,SnO_2/ZnO UPF复合膜的制备及气敏特性研究

用直流气体放电活化反应蒸发沉积技术在普通玻璃基片上制备了ZnO／SnO2及SnO2／ZnO超微粒子（UPF）双层复合薄膜。样品经扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪分析，结论为超微粒子的复合薄膜。同时提出了最佳制备工艺。气敏测试结果表明：ZnO／SnO2及SnO2／ZnOUPF复合膜较单层ZnO及SnO2UPF表现出优良的选择性，其灵敏度和最佳工作温度也得到相应的改善。