霍尔离子源辅助制备碳化硅改性薄膜的初步研究

应用电子枪蒸发硅,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（Reaction Bonded Silicon Carbide: RB SiC）基底上沉积了碳化硅（SiC:H）改性薄膜。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,制备了硬度从9.781 GPa-13.087 GPa,弹性模量89.344 GPa-123.413 GPa的碳化硅改性薄膜。比较同样条件下都镀制银膜的抛光良好微晶玻璃和经过精细抛光的改性反应烧结碳化硅,两者有相近的反射率。附着力实验表明制备的薄膜和基底有良好的结合。在温度冲击实验下,制备的薄膜无龟裂和脱落。     

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。     

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。     

空间RB-SiC反射镜的表面离子辅助镀硅改性技术

针对空间用RB-SiC材料由Si\SiC两相结构引起的光学表面缺陷问题,提出了表面离子辅助沉积（IAD）硅膜的改性新方案以优化RB-SiC光学表面反射率。对厚度为10µm的IAD-Si改性层的主要性能研究显示：IAD-Si膜层为非结晶结构,能够提供较好的抛光表面,在77K-673K的热冲击下膜层稳定性良好。以Si膜的抛光机理为依据对IAD-Si改性层进行了大量抛光工艺实验和表面质量测试,给出了关键的抛光工艺参数和实验结果。通过表面IAD-Si改性及本文提出的改性层超精加工技术能够在反射镜表面得到面形精度的RMS值低于1/20λ(λ=632.8nm)且表面粗糙度的RMS值低于0.5nm的超光滑表面;与改性前相比,反射镜改性层抛光表面在360-1100 nm 波段的反射率提高了4.5%以上。     

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。     

镁粉表面改性的初步研究

分析了烟火药剂用的镁粉的安定性,并结合粉体性质对表面活性剂包覆粉体的作用机理进行了研究。提出了用具有双亲性质的硬脂酸镁来包覆镁粉,以达到改性目的的新思想。探索了以硬脂酸镁为改性剂的熔剂悬浮-溶解或熔化改性方法;并初步确定了使用硬脂酸镁对镁粉进行改性的参数。     

新型反应烧结碳化硅陶瓷的超精密磨削

介绍了一种可用作光学反射镜材料的新型反应烧结碳化硅。采用超精密磨床结合在线电解修整的磨削方法对新型反应烧结碳化硅进行磨削，研究了不同磨粒尺寸、不同结合剂以及不同形状砂轮对磨削面性状的影响，分析了磨削面微段差的形成机理。获得了表面粗糙度Ra=0．57nm的超平滑镜面。     

离子表面改性技术的回顾与前瞻

简要回顾了化学气相沉积、离子镀及离子化学热处理等表面改性技术的发展历程，指出了它们的优缺点及技术上的改进；并对近年来新开发的同基合金离子镀进行了扼要推介。     

离子表面改性技术的发展

介绍了化学气相沉积、离子镀及离子化学热处理等表面改性技术的发展历程，指出了它们的优缺点及技术上的改进，对近年来新开发的同基合金离子镀进行了推荐。     

碳化硅陶瓷新型反应连接技术研究

在碳化硅陶瓷反应连接工艺的基础上研究了一种新型的反应连接工艺,利用该工艺连接了自制的反应烧结碳化硅（RB-SiC）陶瓷。连接的RB-SiC陶瓷样品表面经过初步抛光后,测试了焊缝宽度、焊缝处的显微组织结构、连接层的力学性能和高低温实验后连接层对表面面形的影响。测试结果表明：利用新型反应连接工艺连接的RB-SiC陶瓷的焊缝宽度分布在54-77μm之间;焊缝处的显微组织结构非常均匀,接近基体材料;测试了十个样品的室温抗弯强度,平均值为307MPa,而且断裂都产生在母材上,说明焊缝处力学性能优异;高低温实验后,整块碳化硅陶瓷表面面形无变化,说明连接层的热学性能与母材一致,无残余应力。     

用自制总积分散射仪评估SiC基底表面改性效果

根据总积分散射理论自制了半球式总积分散射仪,建立了系统规范的测试方法,并应用其对工程中SiC基底表面改性的效果进行了相关检测和评估。改性后RB-SiC和S-SiC基底的散射系数分别降低到2．86％和1．53％,已接近于抛光良好的微晶玻璃的水平（1．38％）。该散射仪的优点是操作简单、方便快捷、不接触样品、对表面无损害。通过对测试数据的分析可知,从散射特性角度对SiC基底表面改性效果进行评估是合理有效的。把相关测试结果与分光光度计的测试结果对比,测量偏差在1．1％左右,说明该总积分散射仪的测试结果准确可靠。     

钢结硬质合金ELID磨削表面的AFM分析

研究了采用ELID磨削技术磨削钢结硬质合金,使其表面粗糙度Ra≤0.02μm。并通过原子力显微镜(AFM)对其微观表面形貌、表面缺陷及钢结硬质合金难加工机理进行分析。     

用自制总积分散射仪进行SiC基底表面改性效果评估

根据总积分散射理论和工程需要自制了半球式总积分散射仪,并应用其对SiC基底表面改性的效果进行检测和评估。其优点是操作简单,方便快捷,不接触样品,对表面无损害。通过对测试数据的分析和与分光光度计的对比可知,从散射特性角度对SiC基底表面改性效果进行评估是合理有效的,该总积分散射仪的测试结果是准确可靠的。     

Experimental study on ultrasonic-assisted grinding of micro-structured surface on silicon carbide using small diameter grinding wheel

Journal of Mechanical Science and Technology - As an effective machining method for hard and brittle materials, ultrasonic-assisted grinding (UAG) was employed to manufacture microstructures on SiC...     

Microstructural analysis of silicon carbide monofilaments

In the development of monofilaments, a good understanding of the process/property relationships is essential. Transmission electron microscopy (TEM) is a powerful tool but too slow and expensive to be used routinely. Alternative, cheaper techniques have therefore been investigated. The microstructures of three SiC monofilaments (DERA Sigma SM1140+, Textron SCS-6 and Ultra-SCS) and some experimental samples were studied using a combination of TEM, electron microprobe analysis, Raman microprobe analysis, thermo-gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimetry (DSC). It was found that the Raman technique was complementary to TEM and easily identified the presence of amorphous C and Si. These could not be seen by electron or X-ray diffraction techniques. DSC indicated the presence of free Si in the DERA Sigma SM1140+ monofilament by a distinctive peak at ∼1400 °C. TGA showed the reaction of monofilament components with gaseous species. The Textron SCS-6 and Ultra species lost weight as C was oxidized to gaseous CO. By contrast, the Sigma monofilament gained weight from formation of SiO₂ from the free Si. The separations of the transverse optical phonon peaks in the Raman spectra were correlated with the density of stacking faults in the SiC crystallites. This was similar in all monofilaments. Analysis of the polarization of the Raman scattering gave information on the orientation of crystallites. The crystallites in SM1140+ and SCS-6 were orientated predominantly with the <111> parallel to the radius. Preliminary interpretation of the polarized Raman scattering from Ultra-SCS indicated more than one orientation of crystallite. One possibility was a mixture of <111> and <110> directions parallel to the radius.     

碳化硅陶瓷的超声振动辅助磨削

采用普通磨削方式和超声振动辅助磨削方式对无压烧结SiC材料进行了磨削工艺实验,对不同磨削方式下磨削参数对磨削力比、表面损伤及亚表面损伤的影响进行了对比研究,并分析了超声振动磨削作用机制。实验结果显示,该实验中SiC材料去除主要以脆性去除为主,砂轮磨削力比随着磨削深度和进给速度的增加缓慢增加,随着主轴转速的增加略有减小;普通磨削时SiC工件亚表面损伤深度随着磨削深度、进给速度增加逐渐增加,而超声振动辅助磨削变化较小。与普通磨削相比,在相同的磨削参数下,超声振动辅助磨削的高频冲击使材料破碎断裂情况得到改善,且磨削力比减小近1/3,表面裂纹、SiC晶粒脱落、剥落等表面损伤较少,表面损伤层较浅,亚表面裂纹数量及深度都有较大程度降低,可以获得较为理想的表面质量。