c-AlN的生长对AlN/(Ti,Al)N纳米多层膜力学性能的影响

采用反应磁控溅射制备了具有不同调制周期的AlN／(Ti，Al)N纳米多层膜，研究了亚稳相立方氮化铝(c—AlN)在纳米多层膜中的生长条件及其对薄膜力学性能的影响．结果表明：在小调制周期下AlN以立方结构存在，并与(Ti，Al)N层形成同结构共格外延生长，使纳米多层膜产生较大的品格暗变．与此相应，AlN／(Ti，Al)N纳米多层膜硬度和弹性模量随调制周期的减小呈单调上升的趋势，当调制周期小于8～10nm时其增速明显增大，并在调制周期为1．3nm时达到最高硬度29．0GPa和最高弹性模量383GPa,AlN／(Ti，Al)N纳米多层膜的硬度和弹性模量在小调制周期时的升高与亚稳相c—AlN的产生并和(Ti，Al)N形成共格结构有关。     

金属纳米多层膜力学性能研究进展

新型功能材料及器件向小型化,集成化和复合化发展的趋势,使得尺寸在纳米尺度的层状材料和柔性多层器件在使用过程中的服役行为成为其发展的关键科学问题。本文结合作者近几年对Ag/M系列和Cu/M系列多层膜力学性能的研究工作,对金属纳米多层膜的微结构特征及其对力学性能的影响进行了回顾和总结,主要包括多层膜的晶粒形貌对其强化机制和塑性变形行为的影响,组元强度错配对多层膜硬化行为的影响,界面结构与其强度极值的关系、不对称界面结构引起的异常弹性模量增强和多层膜的室温蠕变机制及界面结构对蠕变性能的影响等几个方面,并对多层膜的力学性能研究进行了展望。     

TiN／AIN纳米多层膜的调制周期及力学性能研究

采用一种新型的离子束辅助非平衡反应磁控溅射设备制备了TiN／AlN纳米多层复合膜。采用XRD衍射、TEM、显微硬度计和干涉显微镜对TiN／AlN纳米多层膜的微结构和力学性能进行了表征。结果表明：TiN／AlN多层膜有良好的周期；调制结构影响薄膜的择优取向，薄膜整体表现出硬度增强的效果，硬度随调制周期的变化而变化并在调制周期为7、5nm时达到最大值。     

力学探针两步压入法研究(Ti,Al)N/AlN纳米多层膜的超硬效应

提出了采用毫牛力学探针技术对硬质薄膜的硬度和弹性模量等力学性能进行准确测量的两步压入法，并用此方法研究了（Ti,Al）N／AlH纳米多层膜的硬度和调制周期之间的关系。结果表明，该纳米多层膜体系的硬度和弹性模量随调制周期的减小单调增加，并在调制周期为1.3nm时达到最高值HV＝29.0GPa和E＝383.0GPa，表明（Ti,Al)N/AlN纳米多层膜存在超硬度和超模量效应。     

表面态对纳米晶BaTiO3介电性能的影响

采用硬脂酸凝胶法制备了粒度均匀的纳米晶BaTiO3，用X射线衍射分析、红外光谱分析、透射电子显微镜对产物进行了表征，研究了表面态与介电性能。结果表明，BaTiO3纳米材料表面的不完整性主要是氧空位造成的，暴露在粒子表面的是一些金属离子，随着晶粒尺寸的减小，氧空位缺陷的浓度增加，极化增强，纳米材料的这种表面状态对其介电性能有重要影响，使其静态介电常数远比常规材料的大。     

多弧离子镀(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜的研究

采用多弧离子镀技术,使用Ti Al Zr合金靶和Cr靶,在W18Cr4V高速钢基体上沉积(Ti,Al,Zr,Cr)N多组元氮化物膜.利用扫描电镜(SEM)、电子能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)对薄膜的成分、结构和微观组织进行测量和表征;利用划痕仪、显微硬度计测评薄膜的力学性能.结果表明,获得的多组元氮化物膜仍具有B1 NaCl型的TiN面心立方结构;薄膜的成分除-50V偏压外,其它偏压下的变化均不明显;增大偏压可减少薄膜表面的液滴污染,提高薄膜的显微硬度及膜/基结合力,最高值可分别达到HV3300和190N.     

Fe—N／Ti—N纳米多层膜结构和磁性研究

用磁控溅射技术制备了周期性良好的Ｆｅ－Ｎ／Ｔｉ－Ｎ纳米多层膜。Ｔｉ－Ｎ单的厚度固定为３ｎｍ，Ｆｅ－Ｎ单层的厚度在２．５－１１ｎｍ之间变化，用振动样品磁强计研究了样品的磁性，用Ｘ射线衍射研究了样品的结构。发现在Ｆｅ－Ｎ层罗薄的样品中，饱和磁化强度明显提高，而矫顽力在所有样品中基本相同。     

调制结构对TiN/ZrN纳米多层膜的表面形貌、生长行为及力学性能的影响

利用射频反应磁控溅射方法,设计并制备了一系列不同调制周期的TiN/ZrN纳米多层膜.利用原子力显微镜、X射线衍射仪和纳米压痕仪对多层膜的表面形貌、微观结构和力学性能进行了系统表征.研究结果表明调制结构影响着薄膜的择优生长取向、沉积速率和表面形貌;在调制周期为7nm～26nm的范围内,随调制周期的增加,TiN/ZrN多层膜的织构取向有从(100)面向(111)面转变的趋势;TiN和ZrN层的沉积速率随调制周期的变化而变化.在调制周期为15nm左右时,表面粗糙度最小,减小和增加调制周期均导致粗糙度的增加.力学性能分析表明TiN/ZrN多层膜的硬度和弹性模量均高于单一TiN和ZrN的硬度和弹性模量,且随着调制周期的减小有逐渐增加的趋势.此外,根据调制结构和力学性能的分析结果,讨论了TiN/ZrN纳米多层膜的硬化机制.     

磁控溅射SiC／W纳米多层膜的微结构研究

用磁控溅射法在Ｓｉ基底上制备了不同调制波长的ＳｉＣ／Ｗ纳米多层膜。利用小角度Ｘ射线衍射技术，详细研究了其中典型的多层膜的调制周期性。各子层的厚度及界面平整度等界面微观结构。结果表明：磁控溅射法制备的纳米多层膜具有较好的周期结构及陡峭的界面梯度，由衍射峰位置计算出的界面不均匀旗与子层厚度之比一般在５％以内。     

离子轰击能量对ZrN/TiAlN纳米多层膜性能的影响

使用超高真空离子束辅助沉积系统(IBAD)制备一系列具有纳米调制周期的ZrN/TiAlN多层膜,研究了离子辅助轰击对薄膜性能的影响.结果表明:离子辅助轰击使大部分ZrN/TiAlN多层膜的纳米硬度和弹性模量值高于两种个体材料硬度的平均值;离子的轰击和薄膜表面原子与轰击离子之间的动量传输提高了薄膜的致密度;当轰击能量为200 eV时,多层膜的硬度最高(30.6 GPa),弹性模量、表面粗糙度和摩擦系数等也明显改善.     

SiO2层晶化对TiN/SiO2纳米多层膜结构和性能的影响

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同SiO2调制层厚的TiN/SiO2纳米多层膜.利用X射线衍射、X射线能量色散谱、扫描电子显微镜、高分辨电子显微镜和微力学探针表征和研究了多层膜的生长结构和力学性能.结果表明,具有适当厚度(0.45～0.9 nm)的SiO2调制层,在溅射条件下通常为非晶态,在TiN层的模板作用下晶化并与TiN层共格外延生长,形成具有强烈(111)织构的超晶格柱状晶多层膜;与此相应,纳米多层膜产生了硬度和弹性模量异常增高的超硬效应(最高硬度达45 GPa).随着SiO2层厚度的继续增加,SiO2层转变为非晶态,阻断了多层膜的共格外延生长,使纳米多层膜形成非晶SiO2层和纳米晶TiN层的多层结构,多层膜的硬度和弹性模量逐渐下降.     

碳包纳米氧化锆粉体的烧结行为与力学性能

采用粉体表面包碳技术和两步烧结方法制备出具有良好力学性能的细晶3Y-TZP材料,研究了在无压烧结和两步烧结条件下,碳含量对碳包3Y-TZP材料烧结行为及力学性能的影响.结果表明:对于包裹少量碳的3Y-TZP,与未包碳的试样相比,采用两步烧结不但能提高材料的密度还能细化晶粒;结构致密和ZrO2相变增韧使材料具有较高的维氏硬度和断裂韧性.在碳含量为1.5%时,3Y-TZP材料的维氏硬度和断裂韧性达最大值,碳含量进一步提高使材料中的气孔和缺陷增多,导致材料的性能下降.     

Al3+掺杂对Li1.02Mn2O4结构和电化学性能的影响

用固相法合成了Li1.02AlxMn2-xO4(x=0.0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.30)锂离子电池正极材料,研究了Al3+对尖晶石型Li1.02Mn2O4的结构及电化学性能的影响.结果表明,当掺杂量x小于0.2时,没有出现杂相,掺杂量为0.3时,出现杂相Al2O3;Al3+的掺入能稳定晶体结构,使材料在充放过程中很好地保持稳定,减弱Li+的能级分裂,改善材料的耐过充性能.当x=0.15时,初始最高容量为118.7 mAh·g-1,160次循环容量衰减至113.8 mAh·g-1,容量保持率为95.8%.Al3+的加入使材料的电导率降低,但材料结构更加稳定,循环性能变得更好.     

反应溅射（Al，Ti）（0，N）涂层的微结构与力学性能

采用Al—Ti镶嵌复合靶在Ar、N2和O2混合气体中反应溅射制备了一系列（Al，Ti）（O，N）涂层。并采用EDS、XRD、TEM和微力学探针研究了薄膜的化学成分、微结构和力学性能。结果表明，随氧分压的提高，涂层中氧含量逐步增加，氮含量相应减少，（Al＋Ti）：（O＋N）的化学计量比仍约为1：1，涂层保持与（Al，Ti）N涂层相同的NaCl结构。低氧含量时薄膜在（111）方向上择优生长，随着氧含量的提高，涂层生长的择优取向发生改变，高氧含量薄膜样品呈现强烈（200）织构的柱状晶。与此同时，（Al，Ti）（O，N）涂层的硬度和弹性模量也仍保持在与（Al，Ti）N涂层相当的35GPa和370～420GPa的高值。由于涂层中形成了相当含量的氧化物，这类涂层的抗氧化能力有望得到提高。     

Influence of interface microstructure on the mechanical properties of Ti/Ni multi-layered composites

The research was performed to determine the influence of microstructural evolution at interfaces on the subsequent uniaxial tensile properties of Ti/Ni multi-layered composites. The microstructure and chemical composition of the interfaces were examined. The fracture feature of the tensile samples was studied. At longer annealing time, the diffusion regions between Ti and Ni elements from a single side changed to two sides and became thicker. The tensile strength of the annealed composites decreased initially, and then was slightly increased after 60?h. The elongation increased significantly relative to the original rolled samples. Fractography revealed brittle fracture areas produced in the Ti/Ni interfaces. The failure mode in the annealed Ti/Ni composites was a typical ductile mixed brittle fracture.     

增强相Al3Ti状态对Al3Ti /ZL101原位复合材料力学性能的影响

通过正交实验研究的Al3Ti/ZL101原位复合材料的最佳成分重量佰分比为：Mg0.35%,Si7%,Ti3.5%,其制备工艺为在特定温度下,往ZL101基体材料中加入TiO2发生直接反应,形成Al3Ti/ZL101复合材料：在正确的制备工艺下,所生成的增强相Al3Ti的形态为杆状,平均尺寸0．5um左右,均匀弥散地分布于αAl晶粒内部,与基体Z101町比,该Al3Ti/ZL101原位复合材料热处理后的室温强度,硬度及延伸率均有较大提高。     

Ti(C,N)/Ni扩散焊接界面的组织和性能

以铜和铌作为中间夹层,真空扩散焊接Ti(C,N)/Ni,研究温度和时间等主要工艺参数对Ti(C,N)/Ni界面微观组织和性能的影响.结果表明,当扩散焊接的温度低于1273 K时,界面的夹层材料基本保持不变,界面的微观组织为Cu/Nb层状物,铜在镍中有少量扩散;而当扩散焊接的温度为1523K时,界面微观组织在初期为Ni8Nb的金属问化合物 离散析出的CuNi固溶体,到后期变为靠近Ti(C,N)侧为(Ti,Nb)(C,N) NbT(Ni,Ti,Cu)6 NbNia层,靠近Ni侧为NiCu NbNis层.这表明,液态Cu为过渡液相,通过Ni的溶解而形成CuNi过渡液相,加速了Nb在CuNi过渡液相中的溶解.由此产生的NiNbCu过渡液相能浸润Ti(C,N),并在界面处形成少量的(Ti,Nb)(C,N)固溶体合金,从而提高了界面的结合性能,界面剪切强度可达到140 MPa.     

高压扭转对SiC_P/Al复合材料微观组织和力学性能的影响

为研究大塑性变形对金属基复合材料微观组织和力学性能的影响,利用高压扭转工艺(HPT)在200℃下将纯Al粉末和经氧化处理的SiC粉末混合固结成10wt%SiC_P/Al复合材料。采用TEM观察HPT变形后不同圈数试样的SiC-Al界面及Al基体微观组织,采用EDS能谱仪分析界面处原子扩散现象,采用万能拉伸试验机测试研究不同扭转圈数试样的力学性能。结果表明:不同圈数试样Al基体内出现大量位错、非平衡晶界等晶格缺陷;组织内存在两种SiC-Al界面,含SiO_2层的原始界面和因颗粒破碎而新生成的界面。两种界面结合良好,界面处元素相互扩散;随着扭转圈数的增加,10wt%SiC_P/Al复合材料抗拉强度增加,延伸率得到较大提高。分析发现高压扭转后不同圈数组织内产生的大量晶格缺陷和细小晶粒,促进界面处元素的相互扩散,使界面结合良好,同时大量晶格缺陷和细小晶粒的产生以及结合良好的SiC-Al界面是SiC_P/Al复合材料力学性能大幅提升的主要原因。