反应烧结碳化硅表面改性的初步研究

应用电子束蒸发硅,霍尔离子源电离甲烷,并辅助沉积的方法在反应烧结碳化硅(RB SiC)基底上沉积了碳化硅(SiC:H)改性薄膜.X射线衍射(XRD)测试表明制备的碳化硅改性薄膜为α相.通过控制沉积速率,制备了硬度为9.781～13.087GPa,弹性模量为89.344～123.413GPa的碳化硅改件薄膜.比较同样条件下镀制银膜的抛光良好微晶玻璃和经过精细抛光的改性 RB SiC,结果表明两者反射率相近;附着力实验表明,制备的薄膜和基底结合良好;在温度冲击实验下,制备的薄膜无龟裂和脱落.     

离子辅助制备碳化硅改性用硅膜的研究

本文介绍了一种利用霍尔型离子源辅助电子束蒸发，在碳化硅（Silicon Carbide: SiC）材料上制备硅改性薄膜的方法，研究了不同沉积速率下改性后的抛光效果。对样品进行了表面散射及反射的测量。通过样品的显微照片可知硅膜层在沉积速率增大条件下结构趋于疏松。通过精细抛光改性的反应烧结碳化硅（Reaction Bonded Silicon Carbide: RB-SiC）样品表面散射系数减小到1.46%，反射率接近抛光良好的微晶玻璃。温度冲击实验和表面拉力实验表明硅膜无龟裂和脱落，性质稳定，与碳化硅基底可以良好的结合。     

离子辅助制备碳化硅改性薄膜

介绍了一种利用霍尔型离子源辅助电子束蒸发,在反应烧结碳化硅(RB-SiC)材料上制备硅改性薄膜的方法,研究了不同沉积速率下薄膜改性后的抛光效果.对样品进行了表面散射及反射的测量.通过样品的显微照片可知,硅膜层在沉积速率增大的条件下结构趋于疏松.在精细抛光镀制有硅改性薄膜的反应烧结碳化硅样品后,表面散射系数减小到1.46%,反射率接近抛光良好的微晶玻璃.温度冲击实验和表面拉力实验表明:硅膜无龟裂和脱落,性质稳定,与碳化硅基底结合良好.     

表面改性非球面碳化硅反射镜的加工

为了获得高质量光学表面的非球面碳化硅(SiC)反射镜,对碳化硅反射镜表面改性技术以及离子束辅助沉积(IBAD)Si改性后的非球面碳化硅反射镜的加工技术进行研究。首先,简要介绍了碳化硅反射镜表面改性技术以及本文所采用的离子束辅助沉积(IBAD)Si的改性方法。然后,通过采用氧化铈、氧化铝以及二氧化硅等各种抛光液对离子束辅助沉积(IBAD)Si的碳化硅样片进行抛光试验。试验结果表明氧化铈抛光液的抛光效率较高,使用二氧化硅抛光液抛光后的样片表面质量最好。最后,在上述实验的基础上,采用计算机控制光学表面成型（CCOS）技术对尺寸为650mm×200mm的表面改性离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜进行加工,最终的检测结果表明离轴非球面碳化硅(SiC)反射镜实际使用口径内的面形精度（RMS值）优于λ/50（λ=0.6328μm）,表面粗糙度优于1nm（Rq值）,满足设计技术指标的要求。     

应用表面改性技术降低烧结碳化硅反射镜的表面散射

针对烧结碳化硅在制作过程中形成的孔洞缺陷会造成严重的反射镜表面散射问题,提出了用等离子体辅助沉积技术镀制硅表面改性层来消除表面缺陷以降低反射镜的表面散射。应用扫描电子显微镜测量了未改性的烧结碳化硅试片,并分析了表面散射成因。搭建了总积分散射仪,测试了改性前后的烧结碳化硅试片及抛光良好的K9玻璃试片的总积分散射。结果显示:烧结碳化硅试片改性前后的总积分散射分别为3.92%和1.42%,K9玻璃的总积分散射为1.36%。使用原子力显微镜测试了烧结碳化硅试片改性抛光后表面和K9试片表面的均方根粗糙度,结果分别为1.63nm和1.04nm,证明了改性后的烧结碳化硅试片消除了表面缺陷,显著地降低了表面散射,表面光学性能与抛光良好的K9玻璃接近。     

空间用碳化硅反射镜的设计制造与测试

碳化硅由于其优异的机械性能和热物理性能而成为颇具吸引力的反射镜材料。采用反应烧结碳化硅(RB-SiC)材料制备了空间用反射镜体,用化学气相沉积(CVD)工艺在镜体镜面沉积一层致密的碳化硅薄膜,反射镜采用蜂窝状背面开放式轻量化结构。对直径为250 mm反射镜的组织、性能做了一系列研究测试。结果表明:反射镜体为Si/SiC两相组织,薄膜为单相SiC,反射镜的机械、热性能优异,薄膜与基体结合强度为345.5 MPa,研磨后镜面表面粗糙度达到1.487 nm rms。采用本文工艺方法有能力制备米级直径的空间用碳化硅反射镜。     

TiNi表面磁控溅射DLC薄膜的纳米压痕与摩擦性能

采用室温磁控溅射技术在TiNi合金表面制备出DLC/SiC(类金刚石/碳化硅)双层薄膜(SiC为中间层),采用拉曼光谱仪、纳米压痕仪和球-盘式摩擦磨损仪研究DLC薄膜的结构、纳米压痕和摩擦性能.结果表明:制备的DLC/SiC薄膜石墨含量高、纳米硬度(5.493 GPa)低、弹性模量(62.2447 GPa)低.在以氮化硅球(半径为2mm)为对摩件,4.9N载荷、室温、Kokubo人体模拟体液润滑下,该DLC/SiC薄膜具有低且稳定的摩擦因数,其平均值约为0.094.     

低压反应离子镀制备Ge1-xCx薄膜的硬度研究

应用低压反应离子镀的薄膜制备方法在G e基底上沉积了G e1-xCx薄膜,随着沉积速度在0.1nm/s~0.9nm/s之间变化,G e1-xCx薄膜的硬度在2.12 GPa~11.066 GPa之间可变,当沉积速率为0.9nm/s时,G e1-xCx薄膜最大硬度为11.066 GPa。XRD测试结果表明,沉积的G e1-xCx薄膜均为无定形结构。对薄膜稳定性和牢固度的测试表明,制备的G e1-xCx薄膜在具有较高的硬度的同时,也有良好的性能。     

一种提高空间用RB-SiC基底反射镜表面改性效果的有效方法

为了满足空间应用中大口径、复杂轻量化结构的RB-SiC基底反射镜对高性能表面质量的应用需求,针对RB-SiC基底的特性,改进了表面改性工艺方法。采用高能量考夫曼离子源辅助,预先对基底进行碳化和加镀C缓冲层,并制备Si改性涂层的方法对RB-SiC基底进行了表面改性。测试结果表明：与单纯霍尔离子源辅助方法相比,此工艺方法制备的Si改性涂层生长得更加致密、均匀,抛光特性良好;改性抛光后表面粗糙度（rms）降低到0.635nm,已达到S-SiC基底的水平;改性后RB-SiC基底的反射率明显提高,已经达到抛光良好的微晶玻璃的水平。结果表明该工艺方法是提高RB-SiC基底表面改性效果的一种十分合理有效的方法。     

Ti表面高承载摩擦学SiC薄膜的研究

采用室温磁控溅射技术在金属钛表面制备出碳化硅(SiC)薄膜。研究了SiC薄膜的组织结构、纳米压痕行为和摩擦磨损性能。实验结果表明:SiC薄膜呈非晶态,含有较多Si-C键;膜-基间结合很好,具有明显的且呈梯度的相互元素扩散;薄膜的硬度(H)为12.1 GPa,杨氏弹性模量(E)为166.2 GPa,硬度与弹性模量比值(H/E)为0.073;在以氮化硅球为对摩件,初始Hertzian接触应力约为685~930 MPa的室温Kokubo人体模拟体液条件下,其磨损速率在10-5 mm3/Nm级,摩擦系数约为0.215,且不出现薄膜的破裂及剥落现象。分析表明,该薄膜在高载荷下仍具有很好的摩擦磨损性能,其原因是薄膜具有高的韧性和很好的界面结合;高的韧性与H及H/E相对较低有关,而好的界面结合与膜-基间弹性模量的差值较小有关。     

应用SiC反射镜表面改性技术提高TMC光学系统信噪比

为了消除SiC反射镜的固有缺陷,提高反射式光学系统的信噪比,使用SiC表面改性技术对同轴三反射(TMC)光学系统的SiC反射镜进行了处理.首先,应用等离子体辅助沉积(PIAD)技术沉积了一层Si改性层,接着对改性层进行精密抛光,然后在反射镜表面镀制Ag膜和增强膜,最后获得了表面改性对TMC光学系统信噪比的影响.Wyko轮廓仪测试表明,SiC反射镜的粗糙度R_a由10.42 nm降低到了0.95 nm;镀制高反射膜后,主镜、次镜、三镜及折叠镜在0.5～0.8 μm可见光波段的反射率＞98%.计算结果表明,应用了表面改性技术后TMC反射式光学系统的信噪比提高了5%以上,说明SiC表面改性技术是一种提高TMC光学系统信噪比的有效方法.     

SiC反射镜表面改性对TMC光学系统信噪比的影响

SiC（Silicon Carbide）反射镜由于固有的缺陷,在使用时会影响反射式光学系统的信噪比。采用表面改性技术后,Wyko轮廓仪测试表明SiC反射镜的粗糙度由10.42nm（Ra）降低到了0.95nm（Ra）,镀制了银反射膜和增强膜后,主镜、次镜、三镜及折叠镜在0.5μm-0.8μm的可见光波段反射率＞98%。计算的结果表明应用了表面改性技术后TMC反射式光学系统的信噪比提高了5%以上。     

磁控溅射制备高熵碳化物(AlTiVCrNb)C涂层摩擦学性能

为改善高熵合金涂层的摩擦学性能,通过石墨与AlTiVCrNb高熵合金靶共溅射制备(AlTiVCrNb)C涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)分析涂层的成分、表截面形貌和物相,采用纳米压痕仪、球盘式摩擦磨损试验机测试涂层的硬度、弹性模量和摩擦学性能,采用白光干涉三维形貌仪表征涂层的磨损情况。试验结果表明：随着涂层中碳含量增加,高熵组分从BCC/FCC双相向单一FCC结构转变,且涂层的微观组织结构也随之变化;由于碳化物的形成和固溶强化,涂层呈现良好的摩擦学性能;在涂层碳原子分数为20.83%时,涂层的摩擦性能和力学性能达到最优,此时摩擦因数最低,为0.35,涂层硬度与弹性模量最高,分别为17.84、182.72 GPa。研究表明,在磁控溅射工艺中石墨与AlTiVCrNb高熵合金共溅射,可以获得摩擦学性能良好的高熵碳化物(AlTiVCrNb)C涂层。     

涂层材料热特性参数对点接触弹流润滑的影响

为探究涂层材料热特性参数对点接触弹流润滑的影响,选择3种不同方法制备的类金刚石（DLC）涂层和氧化锆陶瓷涂层,构建考虑涂层热特性的点接触弹流润滑模型,分析涂层材料、涂层厚度和润滑剂的流变性对接触区润滑性能的影响。结果表明：在弹流润滑状态下具有不同热特性的4种表面涂层导致了膜厚的差异,固体表面温度及润滑区温度场会随涂层热惯性变化;热惯性最小的DLC涂层加在快速运动表面能获得更高的膜厚;随着涂层厚度的增加,会引起固体表面的温度升高,使摩擦因数降低;非牛顿流体对压力、膜厚的影响很小,但与牛顿流体相比,能获得相对较低的温度。在弹流润滑状态下,涂层覆在快表面对于减小摩擦、提高膜厚是有益的。     

超细SiC对Ni-P化学合金镀层组织结构的影响

在化学镀Ni-P合金溶液中添加不同粒径的超细SiC粒子进行化学镀,制备了三种Ni-P-SiC化学复合镀层;通过扫描电镜、X射线衍射仪、透射电镜和示差扫描量热分析仪对镀层的形貌和组织结构及其转变进行了表征。结果表明：化学复合镀层镀态下为非晶态结构,在一定温度热处理后晶化产生Ni3P和镍晶体,晶化温度几乎不受SiC粒子影响;在较高温度下镍与SiC发生反应生成Ni-Si化合物,SiC粒径越小,与镍发生反应的起始温度越低;400℃热处理复合镀层的最终产物中除了镍和Ni3P以外还有Ni3Si和游离碳。     

Preparation of Nickel-Cobalt/Carborundum Carbide Composite Coatings by Supergravity Field-Enhanced Electrodeposition

Nickel-cobalt/silicon carbide(Ni-Co/SiC) composite coatings were fabricated by supergravity field-enhanced electrodeposition. The surface morphology and the distribution of the SiC particles in the coatings were examined by scanning electron microscope and energy dispersive X-ray spectrometry. The preferred orientations of the coatings were measured by X-ray di ractometry. The wear resistance and microhardness were measured by a reciprocating tribometer and a microhardness instrument, respectively. The results revealed that the use of the supergravity field enhanced the smoothness of the as-deposited Ni-Co/SiC coatings, and the SiC nanoparticles were uniformly distributed in comparison with that for conventional electrodeposition. When the rotation speed of the cathode, which provided the supergravity field, was 800 r/min, the SiC content in the coating reached a maximum of 8.1 wt%, which was a much higher content than the 2.2 wt% value obtained under conventional electrodeposition. The highest coating microhardness of 680 HV was also observed at this rotation speed. In addition, the wear resistance of the as-prepared Ni-Co/SiC coatings exhibited improved performance relative to that prepared under normal gravity. A minimum wear weight loss of 1.4 mg together with an average friction coe cient of 0.13 were also realized at a rotation speed of 800 r/min, values which were much lower than those for normal gravity.     

The compatibility of TiB2 protective coatings with SiC fibre and Ti-6Al-4V

TiB₂ coatings have been studied as prospective protective layers to inhibit the interfacial reaction between SiC fibres and Ti-alloy matrices. This protective coating has been deposited onto SiC monofilament fibres using a chemical vapour deposition (CVD) technique. The fibre-matrix compatibility of these TiB₂-coated SiC fibres in Ti-6Al-4V composites was evaluated by incorporating the coated fibres into Ti-6Al-4V using a diffusion bonding technique. The interfaces of this composite were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM) and electron probe microanalysis, to evaluate the interfacial microstructures, chemical stability and the efficiency of TiB₂ as a protective coating for SiC fibres in Ti-alloy matrices, and to study the effects of deposition temperature on the interface of the coated fibre. Results show that stoichiometric TiB₂ coatings are stable chemically to both SiC fibres and Ti-6Al-4V and hinder the deleterious fibre-matrix reactions effectively. Boron-rich TiB₂ coatings should be avoided, as they lead to the formation of a needle-like TiB phase at the fibre–matrix interface. These findings provide promising evidence for the value of further exploration of the use of stoichiometric TiB₂ as a protective coating for SiC fibre in Ti-based composites.     

Tribological behaviors of plasma sprayed CuAl/Ni-graphite composite coating

Aluminum bronze (CuAl) coating reinforced by nickel cladded graphite (Ni-graphite) was fabricated by air plasma spraying. Results show that the Ni-graphite had excellent interfacial compatibility with the CuAl matrix. With occurrence of re-graphitization of the graphite and the so-formed lubricating film on its frictional surface, the CuAl/Ni-graphite coating had a wear rate dozens of times lower than those of the other CuAl-based coatings benefited from the greatly alleviated abrasion wear and splats delamination. Additionally, the CuAl/Ni-graphite coating generated slightest damage to the frictional counterpart, showing the promise to be a bearing coating.