喷射式冲蚀磨损实验系统及红外光学材料冲蚀行为研究

自行设计和制造了喷射式冲蚀磨损实验系统及双速双盘测速装置,通过对磨料供给系统的改进,提高了磨料供给稳定性和控制精度,采用双速双盘测速装置使喷砂速度的测量精度达到±5%.对红外光学材料Ge、ZnS、MgF2和石英玻璃进行了冲蚀实验,测量了冲蚀磨损对红外透过率的影响,并通过对冲蚀表面的扫描电子显微观测,对冲蚀机理进行了探讨.结果表明,该喷射式冲蚀磨损实验系统能够满足冲蚀实验要求;在相同冲蚀条件下,不同的红外光学材料具有不同的冲蚀率,造成红外透过率不同程度的降低,具有不完全相同的冲蚀机理.     

基于X射线光电子能谱定量分析金刚石自支撑膜高温石墨化

目的针对金刚石红外窗口在高温环境下的石墨化失效问题进行研究。方法使用等离子体电弧发生器对CVD金刚石自支撑膜进行1500～1800℃热冲击实验,双面抛光后,采用光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对热冲击后的金刚石膜进行表征,着重通过X射线光电子能谱仪(XPS)对键合特征的演变与热冲击温度之间的关系进行分析。结果热冲击后金刚石膜中的石墨主要存在于晶界处,晶界石墨化过程随温度升高而加快,并致使红外透过率损失。在C1s结合能谱峰解析中,对比了一般的双峰拟合与改进的三峰拟合两种方法,通过引入AC成分,解决了双峰拟合中sp~3与sp~2两峰位的结合能差ΔEB不固定的问题。AC成分的出现是由于碳原子没有形成完美的等性sp~3电子轨道杂化方式引起的,主要存在于金刚石膜重构表面以及原子排列紊乱的晶界处,通过对比AC成分与sp~3成分含量之间的固定关系,论证三峰拟合的合理性。根据键合特征演变与红外吸收变化获得的金刚石膜石墨化活化能分别为227 kJ/mol和250 kJ/mol,结果一致性较好。结论晶界石墨化是导致热冲击后金刚石膜红外透过性能损失的主要原因,建立了热冲击温度与红外透过率及sp~2碳含量之间的关系。     

微波等离子体化学气相沉积法制备金刚石管及其表征

目前，通过化学气相沉积的方法获得不同形状的金刚石已成为令人关注的焦点。特别是“自支持”的金刚石管在高压喷头，钻头工具和注射器具等方面具有良好的应用前景。本文采用微波等离子体化学气相沉积法在钨丝上沉积金刚石，然后把钨丝芯完全溶解掉，从而制备出“自支持”的金刚石管。     

偏压技术在金刚石薄膜制备中应用的进展

近年来,用偏压技术进行异质外延单晶金刚石生长并将其尺寸增大到英寸级以上。偏压技术强大的形核能力使其也可用于制备取向金刚石薄膜、纳米金刚石薄膜和超纳米金刚石薄膜。本文综述了国内外关于偏压技术的机理以及偏压的形式和设备等方面的研究现状,以及表面反应模型、热尖峰模型和亚层注入模型的机理。常用的偏压包括直流偏压、直流脉冲偏压、脉冲叠合偏压和双极性脉冲偏压。还介绍了偏压对金刚石薄膜组织和性能的影响,详细阐述了其对取向生长,二次形核率,无定形碳-石墨-金刚石相转变以及生长速率和结合力的作用规律和机理。加偏压能改变轰击粒子能量和特定基团的浓度、影响金刚石相的转变和晶粒取向和尺寸,进而影响金刚石薄膜的光,力,热,电学性能。还讨论了目前研究工作中存在的一些不足,如偏压作用的机理仍不清晰,对电子浓度变化,氢原子刻蚀的作用尚缺少明确的解释等。最后展望了偏压技术在金刚石制备领域未来的研究和应用方向。     

石墨烯纳米流体研究进展

润滑与冷却是当前工业领域两个重要的议题。前者与机械装置、零部件的使用可靠性和寿命直接相关,对减少摩擦产生的能耗具有重大意义,而后者对于高功率密度器件的热管理至关重要。二者的结合在航空航天、汽车机械等领域广泛存在,而纳米流体是一种很好的承载二者的工作介质。本文针对石墨烯纳米流体这一热点,综述了石墨烯纳米流体的分散理论基础与方法,对影响石墨烯纳米流体悬浮稳定性因素进行了调研,归纳总结了纳米流体的导热机理、影响因素以及石墨烯纳米流体进展,分析了纳米流体未实现大面积应用的主要原因,同时对石墨烯作为添加剂应用于润滑领域的进展进行了评述。最终提出石墨烯纳米流体协同增强换热与减磨润滑的应用设计。在航天器等应用领域中,由于对石墨烯纳米流体的力热耦合综合性能缺乏广泛研究,以及航天器稳定性和长期运行可靠性等问题,未来的研究应以航天传热工质为基础,进行纳米粒子针对性设计,通过系统开展基于空间环境动态流动换热性能与回路寿命的研究,为未来实现纳米流体的航天器应用奠定理论基础和提供技术支撑。     

歧管式全金刚石微通道表面终端及换热性能

采用直流电弧等离子体喷射装置沉积金刚石膜，利用高能激光将其加工成Z型歧管式全金刚石微通道，对微通道进行氢等离子体处理、酸处理和氟等离子体处理后获得氢终端、氧终端和氟终端。通过搭建泵驱两相流体测试平台开展金刚石微通道换热性能测试。研究发现，在恒定热流处理过程中，随运行时间增加，氢终端歧管式全金刚石微通道疏水性能快速降低；氧终端的亲水性能降低后趋于稳定；氟终端表面最为稳定，其疏水特性经初期轻微降低后保持恒定。同时，发现氧终端和氟终端的歧管式全金刚石微通道对沸腾初期换热以核态沸腾为主导，其核态为泡状流和弹状流。继续加热，大量气泡汇聚形成环形流，此时薄膜蒸发成为主导机制。疏水性的氟终端微通道会加速气泡成核，在流动沸腾状态下传热性能要大于氟终端。气泡过度的形成造成逆流的发生，氧终端微通道可以延缓逆流的发生，表现出更高的沸腾起始点和临界热流密度。而在沸腾状态氟终端微通道的传热系数高于氧终端，氟终端为更加适合的制备疏水性金刚石热沉的表面改性技术。