Effects of deposition parameters on microstructure and thermal conductivity of diamond films deposited by DC arc plasma jet chemical vapor deposition

The uniform diamond films with 60 mm in diameter were deposited by improved DC arc plasma jet chemical vapor deposition technique. The structure of the film was characterized by scanning electronic microcopy(SEM) and laser Raman spectrometry. The thermal conductivity was measured by a photo thermal deflection technique. The effects of main deposition parameters on microstructure and thermal conductivity of the films were investigated. The results show that high thermal conductivity, 10.0 W/(K-cm), can be obtained at a CH4 concentration of 1.5% (volume fraction) and the substrate temperatures of 880-920 ℃ due to the high density and high purity of the film. A low pressure difference between nozzle and vacuum chamber is also beneficial to the high thermal conductivity.     

电弧离子镀制备透明(002)AlN薄膜

在电弧离子镀弧靶上加挡板,分别在挡板屏蔽区内、外用Si(100)和玻璃片作基片沉积出AlN薄膜。用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱分析仪(XPS)和紫外可见光分光计对AlN薄膜的性能进行了研究。结果表明,在挡板屏蔽区内沉积出的AlN薄膜呈(002)择优取向,无大颗粒污染,在300～1000nm波长范围内透明;在挡板屏蔽区外的AlN薄膜呈(100)择优取向,含有Al污染颗粒,不透明。用电弧离子镀法沉积AlN,样品不需要额外加热就能获得晶态AlN薄膜,样品的温度升高来源于粒子对基底的轰击。     

电弧离子镀制备透明(002)AIN薄膜

在电弧离子镀弧靶上加挡板,分别在挡板屏蔽区内、外用Si(100)和玻璃片作基片沉积出AlN薄膜.用扫描电镜(SEM),X射线衍射仪(XRD),X射线光电子能谱分析仪(XPS)和紫外可见光分光计对AIN薄膜的性能进行了研究.结果表明,在挡板屏蔽区内沉积出的AIN薄膜呈(002)择优取向,无大颗粒污染,在300～1000nm波长范围内透明;在挡板屏蔽区外的AIN薄膜呈(100)择优取向,含有A1污染颗粒,不透明.用电弧离子镀法沉积AIN,样品不需要额外加热就能获得晶态AIN薄膜,样品的温度升高来源于粒子对基底的轰击.     

利用双晶格势进行硅的分子动力学模拟及其有效性

为了在分子动力学模拟中获得硅的金刚石结构,本研究提出了双晶格(DL)势的概念。双晶格势由两个描述面心立方晶格和一个描述两晶格间原子相互作用的势构成。该双晶格势用于Si晶体结构分子动力学模拟,并与Tersoff势、Stillinger-Weber(SW)势、原子间作用(EDI)势、电荷优化多体(COMB)势和修饰嵌入原子(MEAM)势的计算结果进行了对比。采用计算原子之间的距离及原子与其最近邻原子之间的角度的分布函数来识别模拟Si系统的晶体结构,并与理想的Si晶体进行比较。基于上述作用势通过分子动力学模拟计算了晶格常数,结晶温度和弹性常数。结果表明,只有DL势才能获得金刚石结构,模拟结果弹性常数大约比实验数据大13%,晶格常数约大4%。显示出DL势对Si晶体结构的分子动力学模拟的有效性。     

钛过渡层及研磨预处理对金刚石薄膜质量的影响

以紫铜为基体,采用热丝CVD法合成金刚石薄膜,研究了钛过渡层及研磨金刚石粉(俗称“种植晶仔”)预处理对金刚石薄膜生长状态的影响.用X射线(XRD)、拉曼光谱、扫描电镜(SEM)对所沉积的金刚石薄膜进行了研究.研究发现:活性钛金属过渡层有利于金刚石的形核,而且也提高了成膜质量;“种植晶仔”预处理有利于金刚石形核,而且减少了非晶碳的形成.     

MoS2-Zr复合薄膜的摩擦学性能研究

目的改善MoS_2薄膜的疏松结构,提高其硬度及摩擦磨损性能。方法采用离子源辅助磁控溅射技术在GCr15基体上沉积不同Zr含量的MoS_2-Zr复合薄膜,通过SEM分析薄膜的表面及截面形貌。采用EDS检测薄膜的成分,采用显微维氏硬度计测试薄膜的硬度,采用Rockwell-C硬度计进行压痕测试实验,采用球-盘式旋转摩擦磨损试验机评价薄膜的摩擦磨损性能。结果 MoS_2-Zr复合薄膜的致密程度和硬度随着Zr含量的增加而增大,其硬度值为300~500HV。复合薄膜与基体的结合力随着Zr含量的增加而增强,但当Zr含量过高时,结合力下降。含Zr原子数分数为15%的MoS_2-Zr复合薄膜具有最好的摩擦学性能,其平均摩擦系数为0.09,磨损率为9.33×10~7 mm~3·N~(–1)·m~(–1),耐磨寿命达5.25×105 r。结论 Zr的掺杂改善了纯MoS_2薄膜的疏松结构,提高了MoS_2薄膜的硬度和结合力,合适的Zr掺杂可以获得较低的摩擦系数和较长的耐磨寿命。     

电镀镍及扩散预处理提高渗硼层韧性

渗硼层高温硬度高,抗氧化性能好,但脆性大,提高渗硼层韧性是扩展实际工程应用的关键。文中在45CrNiMoV钢基体上采用电镀镍+高温扩散预处理,在表层形成γ-(Fe,Ni)层后,再用固体渗硼法制备出含镍渗硼层,并与直接渗硼层进行对比。用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和显微压痕法对镀镍渗硼层的截面形貌,组织结构及硬度分布和断裂韧性进行了研究。结果表明:电镀镍+扩散预处理能显著提高渗硼层的断裂韧性,淬火+低温回火热处理几乎不影响镀镍渗硼层断裂韧性,而对直接渗硼层则有显著降低。镀镍渗硼层中的γ-(Fe,Ni)相能有效缓解冲击载荷,提高渗层断裂韧性。     

压痕法研究镶嵌结构界面金刚石膜粘附性能

在铜基体上沉积Cu(Cr)-diamond复合过渡层,用热丝CVD法在复合过渡层上沉积出金刚石膜。用压痕法对沉积的金刚石膜/基结合性能进行了研究。结果表明,在Cu-diamond上沉积的金刚石膜,用147 N压痕时压痕边缘出现大面积崩落,并在基体表面留下被拔出的金刚石凹坑;在Cu-diamond中掺入微量Cr,压痕边缘只形成环形裂纹,增大压痕载荷至441 N,环形裂纹区域增大,并出现部分崩落,崩落区域有被切断的金刚石残留。在Cu-diamond复合层中掺入微量Cr能显著提高金刚石膜/基结合力。     

球形金刚石的形成机制

在 p Si(10 0 )基体上用热丝CVD法沉积了球形金刚石薄膜。用XL30FEG扫描电镜、X射线衍射仪及Raman光谱仪对不同沉积时间的球形金刚石的微观形貌及组成成分进行了研究 ,并对其形成机制进行了分析。结果表明 :球形金刚石的颗粒密度和形核密度一致 ,球形金刚石由微晶金刚石组成 ,晶粒尺寸为 70～ 2 0 0nm ;微晶金刚石是沉积过程中快速二次形核而形成 ,呈无序分布 ;球形金刚石薄膜以二次形核方式繁衍生长     

Nb掺杂Gd合金的大磁热效应和显微硬度增强

在氩气气氛中用熔炼法制备了Gd100-xNbx(x=0,1,2,3,5)系列合金,铸锭经1273K均匀化退火96h后水淬至室温。结果表明:Gd100-xNbx系列合金仍保持纯Gd的六方相结构;Nb掺杂合金的居里温度比纯Gd均低2K,在居里点附近发生的磁性转变为二级相变,5T外场下的最大磁熵变约为纯Gd的85%。通过少量Nb(≤5at%)掺杂后,Gd100-xNbx系列合金的显微硬度明显得到提高,与纯Gd相比,显微硬度最大提高幅度达～53%(x=5)。含少量Nb的Gd100-xNbx合金具有较大的磁熵变和较好的加工性能,是一类有很大应用潜力的室温磁致冷材料。