基板温度对PVD薄膜分维的影响

采用动态蒙特卡罗（KMC）方法研究物理气相沉积（PVD）制备薄膜过程中基板温度对薄膜微观结构的影响，并用分维理论研究薄膜表面的复杂程度。该KMC模型中既包括入射原子与表面之间的碰撞，又包括被吸附原子的扩散。模拟中用动量机制确定被吸附原子在表面上的初始构型，用分子稳态计算（MS）方法计算扩散模型中跃迁原子的激活能，用红黑树选择跃迁路径并更新系统跃迁机率。研究结果表明：基板温度大于500K时，薄膜表面分维均小于2．04，表面光滑，而当基板温度小于500K时薄膜分维随基板温度降低而增大，表面随基板温度升高变得越来越粗糙，直到基板温度降到250K时，分维达到最大的稳定值2．32，表面情况非常复杂，具有细致的皱褶和缺陷。分维与基板温度之间的关系说明高基板温度有利于分维小、表面光滑薄膜的制备，而低基板温度使薄膜分维增大、表面结构更加复杂。该研究结果与基板温度对PVD薄膜表面粗糙度影响的研究结果趋势上一致，分维能更细致地评价薄膜表面的复杂程度。     

Na2ZrF6-KoH中微弧氧化2024铝合金陶瓷膜

为了提高2024铝合金的表面硬度和耐磨损性能,采用微弧氧化法在Na2zrF6-KOH溶液中使2024铝合金表面形成氧化物陶瓷膜.分别用扫描电镜、电子探针及X射线衍射研究了陶瓷膜的组织形貌、元素分布和相组成.结果表明随氧化时间的增加,阴阳极电压逐渐增加,且阴极电压低于阳极电压;厚约20μm的膜可分为致密层与琉松层;相对致密均匀的膜层主要由α-Al2O3,γ-Al2O3和少量的非晶相物质组成电解液所含元素zr,进入到膜层中,表明电解液组元剧烈参与微弧氧化反应;陶瓷膜的平均硬度约为16 GPa,分布在距界面10μm附近.     

成分对两步热压烧结Y-α-sialon微观结构和致密度的影响

根据Y-Si-Al-O-N相图及α-sialon分子式(Ym/3Si12-(m n)Alm nOnN16-n)设计Y-α-sialon陶瓷的组成,研究了m和n值对该热压烧结陶瓷物相组成、微观结构和致密度的影响规律.结果表明:当m=1.0时,设计组成中较高的n值易促进柱状晶的形成和生长,且柱状晶数量和长径比随n值增大而增大,sialon陶瓷的致密度随n值增大而减小;当n=0.8时,sialon陶瓷的晶粒形貌以等轴晶为主,致密度随m值增大而增大;较小的n值和较大的m值有利于制备结构致密、等轴状Y-α-sialon陶瓷.     

激光表面织构微坑形貌及面积占有率对氮化气缸套摩擦学性能的影响

针对氮化气缸套由于自身存在表面应力高、易变形等使其难以满足高强化内燃机气缸套要求的问题,以氮化气缸套-PVD活塞环为研究对象,采用Nd-YAG脉冲激光器在氮化气缸套表面进行织构化处理,研究脉冲激光参数对气缸套表面微织构微坑形貌及面积占有率对摩擦副摩擦磨损性能的影响,并分析其影响机制。发现织构微坑直径随激光能量密度、脉冲次数、离焦量增加而增大,而微坑深度随能量密度、脉冲个数、离焦量的增加呈先增大后减小的趋势。不同面积占有率织构对气缸套-活塞环摩擦副均具有减摩耐磨作用,与无织构缸套摩擦副相比,微织构气缸套的摩擦因数降低10.07%～1.58%;磨损量降低26.71%～46.19%;微织构气缸套对应的活塞环试样磨损量降低10.12%～50.19%;微织构气缸套的拉缸时间提高了2.1～2.8倍。最低摩擦因数和磨损量及最佳抗拉缸性能均在面积占有率为10%的织构摩擦副获得。微织构改善气缸套摩擦副摩擦磨损性能的机制为贮存润滑油,减少摩擦副接触面积以及捕捉磨屑,减小磨粒磨损。获得了高强化条件下氮化气缸套织构化对其摩擦学性能的影响规律,可为开发高强度内燃机提供试验支持。     

形核密度对AlON粉体合成及其透明陶瓷制备的影响

以α-Al₂O₃为原料, 采用碳热还原氮化法合成AlON粉体, 利用活性炭和亚微米碳粉改变球磨后一次粉体(α-Al₂O₃和C混合粉体)的形核密度, 并研究形核密度对AlON粉体相组成、形貌及其透明陶瓷透光性的影响。结果表明, 形核密度不同的一次粉体在1750℃保温60 min均能合成纯相AlON粉体, 但是所合成的两种AlON粉体形貌和性能差异较大。高形核密度下(添加活性炭)合成的AlON粉体形貌不规则、结构疏松且晶粒较小, 并易于球磨获得细颗粒粉体(~0.93 μm); 而低形核密度下(添加亚微米碳粉)合成的AlON粉体整体形貌呈近球形, 晶粒发育较完整, 且尺寸较大, 该粉体球磨后颗粒尺寸较大(~2.13 μm)。因此, 形核密度是影响AlON粉体形貌、结构特征和破碎性的主要因素。研究结果表明, 高形核密度粉体合成的AlON粉体具有更好的烧结活性, 它在1880℃保温150 min获得的透明陶瓷最大红外透过率达76.5% (3 mm厚), 比低形核密度粉体制备的透明陶瓷提高48.3%。因此, 以α-Al₂O₃为原料时, 提高形核密度有利于制备颗粒较小的高活性AlON粉体, 该粉体适合制备高透过率AlON透明陶瓷。     

制备工艺对热压Y-α-SiAlON陶瓷微结构及光学性能的影响

采用两步热压烧结(Hot Pressing, HP)方法制备了高致密度的Y-α-SiAlON(Y1410,即m=1.4, n=1.0)陶瓷,研究了升温速率、烧结时间和驻留温度对陶瓷物相组成、微观结构以及光学性能的影响.结果表明:SiAlON陶瓷的相组成不受升温速率的影响,升温速率较快 (20 ℃/min) 时陶瓷的晶粒尺寸相对较小、分布较均齐、透过率相对较高,1.1 mm厚样品最大近红外透过率为50.2%,比升温速率为10 ℃/min的陶瓷高8.0%;烧结时间较短 (1 h) 时陶瓷的晶粒尺寸相对较小,透过率较高,1.1 mm厚样品最大近红外透过率为43.6%,而当烧结时间为2 h时陶瓷中有新相生成,且微结构均匀性较差,其最大透过率比烧结时间为1 h的低8.0%;较低的驻留温度易促进β-SiAlON形成和柱状晶发育,对提高SiAlON陶瓷透光性不利.     

热压BN掺杂SiAlON陶瓷的致密化过程研究

以Si3N4粉、AlN粉、Y2O3粉以及BN粉末为原料，采用热压烧结（HP）方法在N2气氛、1900℃条件下制备BN掺杂α-SiAlON陶瓷，研究BN掺杂SiAlON陶瓷的致密化过程。BN粉末经造粒形成粒径约为0．5mm的球形颗粒，其掺量分别为SiAlON原始粉末质量的5％和10％。研究结果表明：BN的掺量对BN／SiAlON陶瓷的收缩趋势和致密化过程的温度范围无影响，BN掺量不同的两条相对收缩量曲线吻合得非常好，收缩均始于1650℃左右，结束于1705℃；在烧结温度相同的情况下，较高的BN掺量有助于提高BN／SiAlON陶瓷烧结过程的收缩速率和样品的总收缩量，在促进致密化进程的同时能够提高陶瓷的致密度。     

超声回波信号检测橡胶薄层的特性

利用超声回波检测法对橡胶薄层特性进行研究,并对频谱分析测量薄层介质特性的理论进行推导,建立有橡胶薄层和无橡胶薄层的回波信号频谱比值的恢复函数H( f )。结果表明,恢复函数H( f )包含着橡胶薄层材料与基体的特性信息,对其进行解析不但可以获得超声波在橡胶薄层中的传播速度,还可以得出薄层的密度及其弹性模量,而且与时频复合域分析方法计算的结果相一致,利用该方法可在不损坏薄层材料的使用性能前提下对其特性进行检测。     

Kinetic Monte Carlo模拟PVD薄膜生长的算法研究

提出kinetic Monte Carlo模拟物理气相沉积（physical vapor deposition,简写为PVD）薄膜生长的新算法：用红黑树搜索实现跃迁路径选择及系统跃迁概率更新,通过比较红黑树搜索、线性查找、满二元树搜索的计算效率,综合分析了这3种方法的时间复杂度和空间复杂度.结果表明红黑树搜索优于其它两种搜索方法,模拟效率最高,更适合用于执行大系统的kinetic Monte Carlo模拟.     

沉积速率对EB-PVD Ni-Cr薄膜表面形貌的影响

采用动态蒙特卡罗(KMC)方法模拟电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备Ni-Cr合金薄膜过程中沉积速率与薄膜微观结构之间的关系,并用分维理论研究薄膜表面形貌.研究结果表明:对于基板温度为500K,入射角度为35°的情况,沉积速率＜5μm/min时,薄膜表面分维均＜2.04,表面光滑,而当沉积速率＞5μm/min时薄膜分维随沉积速率增大而增大,表面变得越来越粗糙,直到沉积速率升高到1000μm/min时,分维达到最大值2.31,表面非常粗糙,具有细致的皱褶和缺陷.分维与沉积速率间的关系说明低沉积速率有利于分维小、表面光滑薄膜的制备,而高沉积速率使薄膜分维增大、表面结构更加复杂.该研究结果与沉积速率对EB-PVD薄膜表面粗糙度影响的研究结果一致,表明分维也是评价薄膜表面形貌的途径.