激光等离子体化学气相沉积掺氢非晶硅薄膜——一种新的LCVD方法

本文提出了一种新的激光化学沉积方法,即激光等离子体化学气相沉积(LPCVD)方法。这一方法的特点是利用激光等离子体将激光能量高效率地注入气体,从而使能量得到充分利用,并得到大面积范围的沉积。 文中给出了由流体力学基本方程出发导出的激波解析解,即气体压强、密度,温度和流速的时、空分布。阐明了激光等离子体引起的激波是使气体分子热离解的主要原因。描述了用此方法沉积掺氢非晶硅薄膜的实验。实验发现气体压强、流量、衬底温度和SiH_4在SiH_4和     

TEA CO_2激光诱发SiH_4等离子体发光动力学研究

本工作采用时间分辨的OES技术,研究了TEA CO_2激光诱发SiH_4等离子体过程。探测到了Si,Si~+,Si~(2+),SiH~+,SiH,Si_2和H,并测量了它们的时间演变过程;实验还研究了OES随样品气压和激光能量的变化;探讨了SiH_4的分解及其碎片之间的反应过程,提出SiH_4的主要分解通道为产生Si的通道。本工作对SiH_4 LPCVD动力学研究有重要意义,对低温等离子体研究也有一定参考价值。     

LPCVD掺氧多晶硅薄膜淀积及其特性

本文对LPCVD掺氧多晶硅的工艺特性进行了研究,尤其是分析和讨论了在LPCVD系统中淀积温度、反应气体流量比(N_2O/SiH_4)及硅烷(SiH_4)流量对SIPOS薄膜的工艺参数及薄膜性质的影响,并对LPCVD-SIPOS的有关性质进行了讨论。     

OLD诊断SiH_4的LPCVD动力学过程

用光—声激光偏转(OLD)技术研究了激光等离子体淀积(LPCVD)硅膜中的激波动力学过程。证明激波对淀积膜的结构、均匀性及面积有重要影响。     

SiH_4分子的单脉冲激光光声光谱

用激光或放电技术在硅烷气体中产生等离子体,制取满足各种不同要求的硅薄膜,是近 几年受到广泛重视的研究课题。无疑,研究等离子体过程对弄清硅膜生长机理、表面反应过程及控制实验条件,以进一步提高膜的质量有重要意义。用光学发射光谱(OES)、光声激光偏转、激光诱导荧光等技术,我们已经研究了SiH_4激光等离子体中产生Si、SiH、SiH_2及H等自由基的微观和宏观动力学过程,但在质谱中观测到的重要的自由基种类SiH_3用上述方     

激光等离子体淀积硅薄膜过程动力学研究

采用强TEA CO_2脉冲激光辐照SiH_4/H_2系统,对SiH_4激光等离子体淀积硅膜进行了研究,测量了膜淀积及膜性能随淀积条件的变化关系.同时采用光学发射光谱、光声激光偏转方法对其基本的微观和宏观动力学过程进行了研究,在此基础上初步建立了膜淀积的物理模型,计算了膜淀积速率、膜面积等,结果与实验符合得较好.     

SiCl_4-SiH_4-H_2混合源的硅外延生长

本文探讨了SiCl_4/SiH_4/H_2混合源常压和低压硅外延生长技术.实验结果表明,混合源兼有SiCl_4和SiH_4两者的优点,并在一定比例下具有SiH_2Cl_2源的特性.它能降低外延生长温度、调节淀积速率,改善淀积的均匀性和抑制自掺杂效应.因此它可适应多种器件的要求.     

激光合成非晶态Si_3N_4粉末

用400W连续CO_2激光辐照SiH_4以及SiH_4+NH_3的快速流动气体,获得了非晶硅粉末和非晶氮化硅粉末,颗粒度<0.2μm。观察了压力、流速、配比、谱线、功率与生成物之间的关系。对生成的粉末进行了化学计量、全相、光谱和结构分析,发现激光合成的非晶Si_3N_4粉末Si-N键红外吸收峰为951cm~(-1),相对于其它方法得到的非晶Si_3N_4有较大蓝移现象,甚至     

激光气相法研制硅系超微粉

用150W连续CO_2激光器为光源,以SiH_4气体为主原料,合成了超微Si、Si_3N_4、SiC粉末。研究了反应条件对超微粉性能的影响,并探索用廉价的原料代替SiH_4的可能性。该研究具有很好的工业应用前景。     

LPCVD挡板式石英舟的研制

本文应用流体力学原理,讨论了LPCVD膜均匀性与流速分布的关系.指出反应剂浓度在硅径向分布不均匀是造成淀积膜不均匀的主要原因.依据雷诺数关系式,在石英管径、反应流速不变的LPCVD系统中,增大绕体直径可增大雷诺数,变层流为湍流.我们用大于硅片的薄石英图片做载片的挡板,设计制作了LPCVD“挡板式石英舟”,获得的LPCVD SiH_4-NH_3体系Si_3N_4膜不均匀性单片<±1%,最佳<±0.5%,片间<±1.5%,最佳<±0.3%的先进水平,文章具体介绍了挡板舟的设计参数和制作注意事项.     

激光冲击强化残余应力场的数值仿真分析

有限元分析(FEM)是预测激光冲击强化处理(LSP)后材料的残余应力场、合理优化冲击参数非常有效的方法。通过对材料冲击响应过程的分析,建立了激光冲击强化处理的有限元分析模型,实现了激光冲击强化处理残余应力场的数值仿真。根据显式分析得到的材料内部各种能量变化过程,结合应力波理论,验证显式分析过程的正确性,提出显式分析求解时间的选择方法;分析了单次和多次冲击下材料内部的残余应力场分布,分析结果与实验结果非常接近。数值分析结果表明,表面残余应力在冲击区域内分布比较均匀,表层的残余应力梯度较小;多次重复冲击后,材料的残余压应力明显增加,残余压应力影响深度也显著加深;随着冲击次数的增加,材料的残余应力场趋于饱和。     

激光冲击强化数值计算中的光滑粒子法

为研究激光冲击强化(LSP)过程中激光诱导冲击波的时空分布规律,在对比分析有限元仿真的基础上,探索采用光滑粒子流体动力学(SPH)对激光冲击强化的物理过程进行仿真,并设计了冲击波测试平台,对仿真结果进行了初步试验验证。结果表明,SPH模型演化物理过程明显,计算结果和试验结果相似度高,为激光冲击强化物理仿真提供了一种新的研究思路和方法。     

激光冲击处理技术的应用研究

激光冲击处理(又称激光喷丸)技术是利用强脉冲激光导致的压力冲击波在金属材料表层产生应变硬化的一种新型表面强化技术。本文介绍激光冲击技术的发展简况,在约束模式下激光导致冲击波的基本理论模型,常用航空金属材料处理后力学性能的变化,分析了激光冲击处理技术在航空制造技术方面的应用,特别针对提高结构疲劳性能的需求,提出了激光冲击处理技术需要解决的工艺问题及其发展动向。     

平顶光束激光冲击2024铝合金诱导残余应力场的模拟与实验

对平顶光束激光冲击2024铝合金诱导的残余应力情况进行了有限元模拟与实验研究。改进了平顶光束诱导冲击波的压力分布模型,并将该模型用于残余应力场的有限元模拟。在实验室环境下获得了适合用于激光冲击的高质量平顶光束,并使用该光束进行激光冲击2024铝合金的实验,实验结果和模拟结果基本一致。研究发现平顶光束冲击2024铝合金有如下特点:存在一个阈值,当激光冲击波压力小于该阈值时,影响区内残余应力场近似均匀分布;当冲击波压力大于该阈值时会引起"残余应力洞",但该"残余应力洞"内部近似均匀分布。在深度方向上,塑性影响深度和最大残余应力深度随激光冲击波压力的增加而增加。     

激光冲击处理技术在发动机上的应用

激光冲击处理(又称激光喷丸)技术是利用强脉冲激光致的压力冲击波在金属材料表层产生应变硬化的一种新型表面强化技术。本文介绍了激光冲击处理技术的特点,分析了国内外最新发展状况,特别是LLNL、MIC、GE等公司应用激光冲击强化涡轮发动机零件的工艺。     

激光冲击参数对残余应力场影响的三维数值模拟

数值模拟是预测激光冲击残余应力场、研究激光冲击参数对残余应力场影响的一种有效方法。采用显式动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对激光冲击处理(LSP)40Cr钢残余应力场进行三维数值模拟;建立了激光冲击处理40Cr钢残余应力场有限元分析(FEA)模型,实现了激光冲击处理40Cr钢残余应力场的数值模拟;模拟研究了激光功率密度、激光脉冲持续时间、激光光斑尺寸对40Cr钢残余应力场的影响。数值模拟结果表明,残余应力模拟值与实测值之间有着较好的一致性;在激光脉冲持续时间一定的条件下,要想获得最大的表面残余压应力,存在一个最佳的激光功率密度;在激光功率密度一定并且脉宽大于45ns的情况下,表面残余压应力随激光脉冲持续时间的增加而减小;在激光功率密度、激光脉冲持续时间一定的条件下,表面残余压应力随光斑直径增大而增大。     

激光重熔工艺参数对热障涂层热震性能的影响

在GH536高温合金基材上等离子喷涂氧化钇部分稳定氧化锆(8YSZ)热障涂层后,采用连续CO2激光进行表面陶瓷层激光重熔,得到了表面形貌、组织结构符合质量要求的涂层。热震试验结果表明,在本试验的失效判据下,等离子喷涂及激光重熔试样的失效形式和机理不同,等离子喷涂试样为热震应力失效,激光重熔试样以热震应力和TGO应力共同作用形式失效。激光能量密度为4.0J/mm2时,激光重熔试样具有略高于等离子喷涂试样的热震寿命,当激光能量密度较高时,激光能量分布不均导致的组织及结构的不均匀,柱状晶粗化是能量密度较高的表征,扩展到喷涂态陶瓷层中的裂纹是激光重熔试样热震寿命降低的主要原因。     

激光冲击处理金属板材后的裂纹扩展速率

采用1.5mm厚高强钢以及1.7mm厚高温合金薄板制作成紧凑拉伸试件,对预制裂纹延长线进行3次叠加(光斑直径6mm)激光冲击处理,进行裂纹扩展速率试验并与未处理的试件进行对比,由于激光冲击处理产生的强化效应在裂纹扩展路径上存在区域差别,所以裂纹扩展速率无法进行公式拟合,但在整体上能大大降低裂纹扩展速率。     

铜箔激光冲击微成形微观组织与残余应力研究

为了研究激光成形方式对成形轮廓和微观组织的影响,采用厚度为40μm和80μm的T2铜箔进行激光冲击微胀形和微拉深实验。同时使用ABAQUS有限元仿真对实验进行模拟,研究不同变形方式下箔材位移和残余应力场。结果表明,激光冲击微胀形后铜箔变形区域出现颈缩,激光作用区域内变形机制主要为位错滑移、变形扭曲晶粒和机械孪晶;箔材上表面（激光冲击表面）为残余拉应力,最大值约为372.3MPa,箔材下表面（背向激光冲击面）为残余压应力,最大值约为-218.7MPa;而对于微拉深,箔材成形轮廓过渡圆滑,厚度分布均匀,光斑作用区域内出现大量位错露头和一些机械孪晶,箔材上表面为残余压应力,最大值约为-365.6MPa,箔材下表面为残余拉应力,最大值约为203MPa。这一结果对激光冲击箔材成形控制是有帮助的。     

激光冲击处理钛合金

介绍了激光冲击处理(LSP)的特点和应用情况，研究了激光冲击处理对钛合金表面轮廓、残余应力和疲劳性能的影响。结果表明，经激光冲击处理后效果十分明显，钛合金获得光斑大小的凹坑，凹陷值10～20 μm，残余应力最大可达-600 MPa以上，表面残余应力水平与高强度喷丸相当，但塑性变形程度明显大于喷丸;合适的激光参数和搭接率可以获得光滑平整的冲击区，双光束冲击处理涡轮叶片后有明显冲击痕迹和残余压应力，并且没有发现变形和裂纹。