氩气流量对四面体非晶碳膜结构和摩擦性能的影响

利用自主研制的45°单弯曲阴极电弧沉积系统,通过改变Ar流量(2,5以及10 ml/min),在p型(100)硅基底上制备了四面体非晶碳膜。借助表面轮廓仪测定薄膜厚度和粗糙度变化;采用X射线光电子谱获得薄膜微结构信息,利用残余应力仪和摩擦磨损试验机测定薄膜的内应力和摩擦学性能。实验结果表明:随Ar流量增加,薄膜的沉积速率降低,表面趋于光滑;薄膜中sp3含量由2 ml/min时的68%下降至10 ml/min时的55%;薄膜应力值随Ar流量的增大而减小,在10 ml/min处取得最小值;不同Ar流量条件下所制备薄膜的摩擦系数在0.024~0.045之间,且随Ar流量增加而增大。     

碳含量对反应烧结SiC/B4C力学性能的影响（英文）

采用渗硅反应烧结工艺制备了SiC/B4C复合材料,并研究了碳含量对复合材料的力学性能及微观结构的影响。结果表明,SiC/B4C复合材料的力学性能(硬度、抗弯强度、韧性)随着碳含量的增加呈先增强后减弱的趋势。在碳含量为10vol%的条件下,复合材料的综合性能最佳,其硬度、抗弯强度和韧性分别为19.63 Gpa、358 MPa和3.96 MPa?m1/2。此外,当碳含量不足10vol%,复合材料的组织随碳含量增加均匀性提高;当碳含量超过10vol%,显微组织均匀性变差,并且添加碳粉后,复合材料由沿晶、穿晶混合断裂向穿晶断裂转变,最终导致SiC/B4C复合材料力学性能的改变。     

碳含量对反应烧结SiC/B_4C力学性能的影响(英文)

采用渗硅反应烧结工艺制备了SiC/B4C复合材料,并研究了碳含量对复合材料的力学性能及微观结构的影响。结果表明,SiC/B4C复合材料的力学性能(硬度、抗弯强度、韧性)随着碳含量的增加呈先增强后减弱的趋势。在碳含量为10vol%的条件下,复合材料的综合性能最佳,其硬度、抗弯强度和韧性分别为19.63 Gpa、358 MPa和3.96 MPa?m1/2。此外,当碳含量不足10vol%,复合材料的组织随碳含量增加均匀性提高;当碳含量超过10vol%,显微组织均匀性变差,并且添加碳粉后,复合材料由沿晶、穿晶混合断裂向穿晶断裂转变,最终导致SiC/B4C复合材料力学性能的改变。     

β-C_3N_4的实验合成研究

作为人工预测材料,β-C_3N_4可能具有与金刚石相当的体弹性模量,并能够检验现代固体理论的预测性。 本研究首先采用离子注入、磁控溅射和微波等离子体化学气相沉积等方法,在不同基片材料和沉积温度下沉积碳氮薄膜,然后对薄膜进行成分、成键和晶体结构等方面的检测。 在成分方面,低温(<200℃)沉积薄膜的氮含量比较低,而高温(700～900℃)沉积时,氮合量有相当程度的提高;虽然在高温下硅基片上薄膜氮含量的提高不能排除氮化硅的影响,但铂基片上相当于C_4N_4成分晶态物质的获得,为β-C_3N_4的合成提供了成分上的可能。 在成键方面,低温沉积碳氮薄膜的红外吸收谱和拉曼谱中不出现与β-C_3N_4明显有关的信息;当在硅基片上高温沉积时,所得碳氮薄膜的拉曼谱中有251、302cm~(-1)峰,可能对应于β-C_3N_4,也可能对应于α-Si_3N_4。 在结构方面,硅基片上沉积碳氮薄膜与碳膜的X射线衍射谱没有明显的差别,而在石墨基体高能注氮并退火样品、铂基片上高温化学气相沉积的碳氮薄膜中,同时得到可以被解释为β-C_3N_4及其变体的X射线衍射谱,为β-C_3N_4的实际存在提供了较为可靠的证据。 总之,从室温到高温,从硅基片到石墨和铂基片,β-C_3N_4实验合成的结论逐渐明晰,为进一步的合成提供了必要的准备。     

退火温度对碳氮薄膜的纳米力学和纳米摩擦性能的影响

采用微波电子回旋共振化学气相沉积技术制备了氮含量不同的碳氮薄膜，采用真空退火技术对碳氮薄膜进行了退火处理，并且利用Laser Raman谱仪和Hysitron纳米力学测试系统对碳氮薄膜的结构、纳米力学以及纳米摩擦特性进行了研究。结果表明：随着退火温度的升高，碳氮薄膜中的sp^2含量降低，sp^2含量增加，而薄膜的纳米力学性能如纳米硬度和弹性模量则随之明显下降。在栽荷相同的条件下，不同氮含量的沉积态碳氮薄膜均表现出基本相同的摩擦系数值。但退火处理会显著改变碳氮薄膜的摩擦系数，氮含量相同时，退火温度越高，摩擦系数越大。但是，摩擦系数随退火温度增大的程度与薄膜中氮含量有关。     

表面氧含量对高纯硅粉高温氮化行为的影响

研究了表面氧含量对高纯硅原料在氮氢气氛下直接氮化行为的影响,并合成高α相氮化硅。研究结果表明,硅粉在氮氢气氛下1 350℃保温3h,氮化产物中α-Si_3N_4含量随原料氧含量的增加呈先增加后减少的趋势,当硅原料表面氧含量为3.91%时,氮化产物中α-Si_3N_4含量可达97%以上,残留硅含量低于1%,产物中部氧含量为1.71%,在此环境下硅粉氮化主要以化学气相沉积的方式进行,产物形貌以杆状α-Si_3N_4晶须为主。硅原料表面氧含量低于4.38%时,氮化产物α-Si_3N_4含量均在95%以上,另有少量的β-Si_3N_4和残留硅,XRD测试精度范围内无氮氧化硅相存在。当硅原料氧含量高于5.61%时,产物中则出现氮氧化硅,随着原料氧含量增加,氮氧化硅含量明显上升。当硅原料氧含量低于5.61%时,残留硅含量随氧含量增加明显减少,说明原料中氧的增加可以显著加快氮化速率,降低氮化产物中残留硅的含量。     

激光诱导气相合成Si_3N_4/SiC纳米粉试验工艺研究

选择廉价的六甲基乙硅胺烷((Me_3Si)_2NH)和氨气为原料,采用正交设计试验参数的方法,研究了激光功率密度、六甲基乙硅胺烷蒸汽流量、氨气流量对粉体化学组成的影响。制备出低游高碳含量,高Si_3N_4含量的Si_3N_4/SiC粉体。研究结果表明,在选定的试验参数范围内,形成的粉体中Si_3N_4、SiC的相对含量在较大的范围内变化。对Si_3N_4粉体中Si_3N_4的形成影响最大的是激光功率密度,六甲基乙硅胺烷流量对其影响最小。通过试验得到了高Si_3N_4含量,低游离碳含量的Si_3N_4/SiC纳米粉形成的最佳工艺参数。     

碳含量对无压烧结碳化硅陶瓷的显微组织和力学性能的影响

在碳化硼添加量为1wt％的条件下,考察不同碳含量对2000℃下制备的无压固相烧结碳化硅陶瓷的显微组织和力学性能的影响.实验结果表明:物相分析显示不同C含量的SiC陶瓷样品的XRD衍射图谱近似相同,其中主相均为SiC,检测到少量C,未检测到B4 C相.当C含量为3wt％时,SiC陶瓷样品的力学性能达到最佳,其相对密度、抗折强度、断裂韧性与维氏硬度分别为98.6％、452 MPa、4.5 MPa·m1/2和30 GPa.继续增加碳含量,SiC晶粒存在局部异常长大现象,相应样品的力学性能也有所下降.     

氮流量对孪生靶磁控溅射沉积氮化铬薄膜性能的影响

采用中频孪生靶反应磁控溅射在金属镍基底上制备氮化铬薄膜。利用X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电子显微镜、原子力显微镜、磨擦磨损试验仪和电化学工作站等系统研究了氮气流量(即氮/氩流量比)对薄膜的相结构、显微硬度、表面形貌、附着力、耐磨性和耐腐蚀性的影响。结果得到随氮/氩流量比的增加,CrN_x薄膜成分经历了一个由Cr→Cr+Cr N→Cr+Cr_2N+Cr N的演化过程,薄膜形貌由致密、球状颗粒向类长方体规则形状的面心结构转化;而薄膜的表面粗糙度则呈现出在低氮时稍微下降,高氮含量时又快速增加的趋势,在N_2/Ar流量比为23/53时,粗糙度达到最小;耐磨性、硬度都呈现随着氮流量的增加先上升后下降;薄膜耐腐蚀性能随氮的加入明显得到改善。综合性能分析认为,制备2.5μm厚的氮化铬薄膜时在N_2/Ar(流量比)为23/53较为合适。     

双靶直流溅射多层膜的叠加结构对沉积扩散法制备高硅钢硅含量的影响

以低硅钢片为基底(Fe-3%质量比Si),采用双靶直流共焦溅射不同叠加结构的硅-铁多层膜系(Fe-Si),然后在高真空下热扩散处理2 h得到高硅钢。研究了交替沉积、叠加周期性结构多层膜对热处理扩散硅含量的影响。用X射线衍射对样品进行物相分析,得出不同硅铁合金相(Fe-Si)的形成强烈依赖于前期膜沉积结构,周期性交替沉积Fe、Si膜时更有利于形成硅铁B2、DO_3相结构。用扫描电镜及能量散射谱观察了样品的断面微观形貌并测定硅含量沿断面深度分布关系,发现硅含量始终在断面中心低、两边高,且不同叠加结构膜系下的样品硅含量也不一样,选择合适的Fe、Si交替沉积膜系有利于硅的扩散。分别测量了不同叠加结构膜系下样品的电阻率、密度、断面显微硬度值,结果显示硅含量越高电阻率约大、硬度越高、密度越小。     

冷喷涂制备颗粒增强钛基复合材料涂层研究

以Ti粉为复合材料基体相,不规则的SiC粉为增强相,采用冷喷涂技术制备了SiC颗粒增强钛基复合材料涂层,研究了硬质相对复合涂层的显微组织和显微硬度的影响。结果表明:制备的复合涂层由两个明显的区域组成:表层的多孔区和内部的致密区,随距离涂层表面深度的增加,涂层的气孔率迅速下降;原始喷涂粉末中SiC的体积分数为30%,沉积后的复合涂层中SiC体积分数约为10%;此外,增强相SiC颗粒的加入不仅可有效地降低涂层的气孔率,还显著地提高了喷涂态涂层的显微硬度值,由(72±28)HV0.1提高至(125±17.75)HV0.3。     

冷喷涂制备颗粒增强钛基复合材料涂层研究EI北大核心CSCD

以Ti粉为复合材料基体相,不规则的SiC粉为增强相,采用冷喷涂技术制备了SiC颗粒增强钛基复合材料涂层,研究了硬质相对复合涂层的显微组织和显微硬度的影响。结果表明:制备的复合涂层由两个明显的区域组成:表层的多孔区和内部的致密区,随距离涂层表面深度的增加,涂层的气孔率迅速下降;原始喷涂粉末中SiC的体积分数为30%,沉积后的复合涂层中SiC体积分数约为10%;此外,增强相SiC颗粒的加入不仅可有效地降低涂层的气孔率,还显著地提高了喷涂态涂层的显微硬度值,由(72±28)HV0.1提高至(125±17.75)HV0.3。     

SiC颗粒增强PEEK树脂基复合材料的制备与性能EI

以纯PEEK粉,粒径为10μm的SiC粉为原料,在360℃热压制备了纯PEEK树脂和SiC体积比分别为10%,20%及30%的SiC/PEEK复合材料,并测试了材料的硬度、压缩性能、冲击性能以及摩擦磨损性能,用扫描电镜(SEM)观察了复合材料的断口以及磨损表面.实验结果表明:随着SiC添加量的增加复合材料的相对密度和硬度同时下降;SiC/PEEK复合材料的强度以及韧度随着SiC颗粒添加量的增加逐渐提高,当SiC达到某一含量时可以获得最佳的综合力学性能,此后随着SiC含量的进一步增多,复合材料的脆性增大,强度急剧下降;SiC/PEEK复合材料的摩擦系数随SiC的添加先增大后减小,磨损率逐渐变大,磨损机制由粘着磨损转向粘着磨损与犁削磨损共存最后变成全部的犁削磨损.     

SiC颗粒增强PEEK树脂基复合材料的制备与性能

以纯PEEK粉,粒径为10μm的SiC粉为原料,在360℃热压制备了纯PEEK树脂和SiC体积比分别为10%,20%及30%的SiC/PEEK复合材料,并测试了材料的硬度、压缩性能、冲击性能以及摩擦磨损性能,用扫描电镜(SEM)观察了复合材料的断口以及磨损表面.实验结果表明:随着SiC添加量的增加复合材料的相对密度和硬度同时下降;SiC/PEEK复合材料的强度以及韧度随着SiC颗粒添加量的增加逐渐提高,当SiC达到某一含量时可以获得最佳的综合力学性能,此后随着SiC含量的进一步增多,复合材料的脆性增大,强度急剧下降;SiC/PEEK复合材料的摩擦系数随SiC的添加先增大后减小,磨损率逐渐变大,磨损机制由粘着磨损转向粘着磨损与犁削磨损共存最后变成全部的犁削磨损.     

PMMA基底含氢非晶碳膜的结构和摩擦学性能

分别用磁控溅射和等离子体增强化学气相沉积方法在PMMA基底上沉积硅膜和含氢非晶碳(a-C:H)膜.用氩离子溅射硅靶制备硅膜,以甲烷和氢气为反应气体在不同自偏压下制备非晶碳膜.分别用原子力显微镜、X射线光电子能谱和紫外拉曼光谱表征薄膜的形貌和结构,并分别用纳米压痕仪和栓盘摩擦磨损试验机测试其机械和摩擦学性能.结果表明,沉积碳膜的PMMA基底呈现出高硬度、低摩擦系数和低磨损率的特性.碳膜的显微结构、机械和摩擦学特性均显著依赖薄膜沉积过程中使用的自偏压,其摩擦系数和磨损率与其硬度和sp3含量密切相关.     

离心高速电沉积Ni-SiC复合镀层的研究

利用自制的离心高速电沉积实验装置,研究了镀液温度、镀液pH值、电流密度、镀液中SiC浓度和阴极旋转速度对Ni-SiC复合镀层中SiC含量的影响;同时还对镀层中SiC微粒的分布情况及镀层的性能进行了研究。结果表明:温度、电流密度、镀液中的SiC含量及阴极旋转速度对镀层中复合粒子的含量有显著的影响,而pH值对镀层中SiC含量影响不大。利用离心高速电沉积方法能够制备出高体积分数的、微粒分布均匀的Ni-SiC复合镀层。所制备的高体积分数的Ni-SiC复合镀层硬度和耐磨性能优于普通槽镀镀层。     

N2流量对反应共溅射TiN/Ni纳米复合膜结构和结合强度的影响

以高纯Ti和Ni为靶材,在不同N_2气流量下反应磁控共溅射了TiN/Ni纳米复合膜,采用原子力显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、场发射扫描电镜和划痕试验研究了N_2气流量对复合膜微结构、界面结合力和摩擦系数的影响。结果表明,共溅射TiN/Ni纳米复合膜组织细小、表面光滑、致密。TiN为fcc结构,其择优取向为(111)面。随N_2气流量增加,复合膜孔隙率、晶粒尺寸和沉积速率均出现不同程度的下降;而膜表面粗糙度先减小后增大,界面结合力则先提高后下降。本实验条件下,在N_2气流量为16mL/min时所沉积的复合膜表面粗糙度最小、界面结合力最好,分别为2.75nm和44.6N,此时复合膜的摩擦系数最低,为0.14。     

冷喷涂Cu-Cu2O涂层微观结构与沉积特性

本实验通过冷喷涂技术制备了Cu2O的质量含量分别为0％,10％,20％和30％的四种Cu-Cu2O涂层.通过环境扫描电镜、金相显微镜对涂层孔隙率和颗粒变形率等微观结构进行了分析,同时对涂层进行了显微硬度检测,讨论了涂层微观结构、显微硬度和涂层沉积效果之间的关系.各组分涂层均具有较低的孔隙率,能有效起到阻止海水等腐蚀性介质渗入,具有较好的耐蚀性.涂层孔隙率随Cu2O含量的增加而降低.涂层中颗粒变形较充分,涂层致密度较好.铜颗粒的平均变形程度与涂层显微硬度均随涂层中Cu2O含量的增加而增大.     

电沉积Ni-P非晶纳米SiC复合镀层的工艺研究

为了提高非晶镀层的硬度,在Ni-P镀液中加入高硬度、高耐磨性的纳米微粒SiC,采用电沉积方法制备了Ni-P非晶纳米SiC复合镀层.研究了工艺温度、电流密度和镀液中SiC浓度对非晶纳米复合镀层中P含量和SiC纳米颗粒分布的影响,并用扫描电镜对镀层表面进行了观察,通过纳米显微力学探针测量了镀层硬度.结果表明:随电流密度增大和镀液中SiC含量的增加,镀层中纳米SiC的复合量增加;镀液温度在60℃时,镀层中SiC含量最大,复合镀层的硬度显著提高,可达到7.4 GPa,比普通的Ni-P非晶镀层大为提高.     

阴极电弧沉积TiN薄膜研究

对真空阴极电弧沉积TiN装饰膜的沉积工艺和膜层性能的关系进行了研究。结果表明:适当选择N_2分压和负偏压对于改善基体表面离子轰击清洗效果、减少液滴分布、保证膜层颜色和提高膜层耐蚀性至关重要。另外,X射线织构分析表明:(220)织构随负偏压加大而增加,而(111)织构则随N_2分压增大而增加,这可由离子轰击诱导织构效应解释。