光学滤光片薄膜边缘应力研究

以光学滤光片薄膜边缘应力作为对象,研究了Ge/Zn S单、多层光学薄膜应力的变化规律。通过实验研究了离子束轰击能量以及真空退火温度等因素对Ge/Zn S光学薄膜应力类型、大小、变化及其分布的影响规律。Zn S薄膜的应力为压应力,采用离子束辅助工艺后薄膜边缘应力变得均匀;真空退火使Zn S薄膜的应力减小为原来的一半。通过优化沉积参数和张应力、压应力薄膜的组合降低了Ge/Zn S多层光学薄膜的应力,结果表明其平均应力分别为0.1 MPa,而且处于压应力状态。     

化学气相沉积TiN薄膜及其耐磨性能

 采用化学气相沉积的方法制备TiN薄膜,以提高K3镍基高温合金的耐磨性能。以TiCl4 和NH3为反应气体,用化学气相沉积法(CVD) 在K3镍基高温合金基体上制备了一系列不同温度和沉积时间的TiN 薄膜。结果表明,与基体相比,沉积TiN薄膜的样品耐磨性能有显著提高。当沉积温度不变时,TiN薄膜耐磨性能随沉积时间的延长先提高后降低;当沉积时间不变时,薄膜的耐磨性能随沉积温度的升高而提高。化学气相沉积法制备TiN薄膜的最佳工艺条件为600 ℃/60 min。     

耦合服役环境下高耐久性薄膜传感器裂纹监测

现有裂纹监测技术多存在耐久性差、虚警率高的问题。以物理气相沉积（PVD）薄膜传感器为研究对象,提出了提高其耐久性的方案,并检验了其在耦合服役环境下的监测性能。首先,选定了Cu作为使传感器耐久性最佳的导电传感层沉积材料,并采用离子镀氮化铝（AlN）薄膜和涂覆705硅胶对PVD薄膜传感器进行了封装保护;然后,综合考虑服役环境因素,编制加速环境谱,将经过封装的制备有薄膜传感器的试验件进行环境耦合加速试验;最后,对环境试验后的薄膜传感器开展疲劳裂纹监测试验,并将薄膜传感器监测结果与显微镜观察测量结果进行对比。试验结果表明：薄膜传感器能承受1 000 h严酷环境的考验,具有较高的耐久性和稳定性;环境试验后的薄膜传感器对裂纹变化敏感,PVD薄膜传感器的监测结果与基体裂纹扩展的实测信息相一致,PVD薄膜传感器的电位监测信号可以作为裂纹扩展状态和结构损伤程度的监测判据,PVD薄膜传感器可以实现对金属结构裂纹的定量监测,监测精度可达到1 mm。     

CVD-SiC反射镜制备过程中热应力变形的研究

采用CVD工艺在反应烧结碳化硅(RB-SiC)反射镜坯体上沉积了一层致密的碳化硅薄膜作为反射镜镜面.CVD-SiC和RB-SiC热物理性能上的差异引起的热残余应力和热变形,在很大程度上影响反射镜的质量,本文采用有限单元法计算了沉积过程中反射镜的温度场、应力场和热变形,采用X射线衍射方法测试了薄膜表面的残余应力.分析结果表明,薄膜存在较大的残余应力,包括热应力和本征应力,两者量值相当,热变形很小.     

流构耦合作用下柱状薄膜充气过程的流场

采用Euler-Lagrangian方法,重点研究了柱状薄膜充气过程的流场特性.研究表明:在入口气流速度为50~90m/s,入口气流压力为1.0~1.4MPa条件下,柱状薄膜在充气初始阶段,两端会出现上下摆动的鼓包现象.通过分析柱状薄膜内部流场中的气流组织、涡量输运以及旋涡与激波相互作用,发现气流在充气口附近形成弧形激波,使流动发生偏转.偏转气流在充气口两侧形成旋涡,和激波相互作用形成局部超声速区.另一方面,对柱状薄膜应力分布的研究发现,充入气流造成柱状薄膜顶部与两端的局部应力集中,是影响稳定性与安全性的重要因素.不同入口气流压力与速度条件下柱状薄膜应力分布与摆动情况表明,入口气流压力的变化对安全性的影响相对重要,而入口气流速度对稳定性的影响更加显著.      

薄膜应力测量方法及影响因素研究进展

随着薄膜电子器件的尺寸不断减小,薄膜应力成为薄膜器件失效的重要原因。薄膜应力不仅影响薄膜结构而且与薄膜光学、电学、力学等性质相关,因此,薄膜应力逐渐成为薄膜材料研究领域的热点之一。本文综述了薄膜应力的最新研究进展,对比分析了基底曲率法、X射线衍射法、拉曼光谱法等常见的薄膜应力检测方法,概括了薄膜成分比例、基底类型、磁控溅射工艺参数(溅射功率、工作压力、基底温度)和退火等影响薄膜应力的因素。发现基底曲率法适合测量绝大部分薄膜材料,而X射线衍射法、拉曼光谱法只适合测量具有特征峰的材料,纳米压痕法需与无应力样品作对比实验。在薄膜制备和退火过程中,薄膜应力一般发生压应力和张应力的转化,且多个工艺参数共同影响薄膜应力,适当调节参数可使薄膜应力达到最小值甚至无应力状态。最后,结合薄膜应力当前的研究现状提出了未来可能的研究方向,即寻找不同材料体系薄膜应力的精确测量方法以及薄膜应力检测过程中面临的检测范围问题。     

激光化学气相沉积

激光化学气相沉积是70年代后期迅速发展起来的新技术。目前仍处于研究阶段,并开始走向应用阶段。激光化学气相沉积通过激光对反应气体和基材表面的相互作用,在基材表面沉积薄膜,其机理有激光热沉积和激光光化沉积两种。使用的激光波长有红外、可见光和紫外,有功率数瓦至千瓦级的连续激光,也有脉冲激光。沉积的薄膜有TiC、SiC、Ni、W、Si_3N_4、TiSi_2、     

多层复合式薄膜热电偶的研制

利用薄膜科学的最新发展和梯度功能材料的研究思路，成功地解决了金属基体表面沉积薄膜热电偶时的交叉绝缘和连接强度问题，从而研制出系列高性能的瞬态温度测量用薄膜热电偶测温传感器。     

特种材料表面镀TiN薄膜的结构与应力研究

本文采用多弧离子镀技术在特种材料表面制备TiN薄膜。利用扫描电镜和X射线衍射仪对TiN薄膜的形貌、成分结构、残余应力进行研究,结果表明：薄膜表面粗糙度较大;薄膜由TiN单相组成,以（111）晶面为主;TiN薄膜存在较大残余压应力,经过保温热处理后,薄膜的残余应力显著下降。     

溅射工艺对有机基底氧化钛薄膜应力的影响

采用常温下靶面进气的直流反应磁控溅射方法在柔性聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基片上制备氧化钛薄膜,通过正交试验设计沉积工艺条件(溅射功率、Ar:O2、溅射气压和镀膜时间),分析各因素对薄膜应力水平的影响.研究表明,在试验范围内,溅射功率和镀膜时间对薄膜应力值的影响较为显著,而Ar:O2和溅射气压的影响相对较小.     

氮气压力对自蔓延燃烧法合成AlN的影响

以铝粉、NH4F为原料,Nb为添加剂,在N2压力小于0.5 MPa条件下,用高温SHS成功地合成了AlN粉体。研究了添加剂和N2压力对燃烧合成的影响,运用TG/DSC考察了粉末原料的氮化过程,采用XRD、SEM对粉体的物相、显微形貌进行观察表征。研究结果表明,当Al/NH4F=4,在添加剂Nb的作用下,合成的AlN粉体颗粒分布均匀、氧含量低且具有良好结晶形态;在反应前、中期,合适N2压力有助于提高粉体的转化率。     

载荷分布对空气静压轴承振动特性的实验

针对空气静压轴承涡激振动问题，以圆盘型小孔节流空气静压轴承为研究对象，基于涡流激振原理和振荡流体力学理论，分析了气膜的动态特性和流体激振稳定性；采用平面流函数分析了三维气旋涡量分布特征；最后利用实验测试及理论研究相结合的方法分析了载荷分布对气浮轴承微振动特性的影响规律。研究发现：空气静压轴承的微振动本质上是气膜流场内的非定常流动引起的涡旋和壁面之间的耦合作用，即压力脉动和涡量分布决定的。轴承表面的载荷分布情况直接决定气膜高度方向的压力梯度和能量转化趋势；供气压力和气膜厚度的改变直接影响气膜内总能量输入和流动过程中能量损耗及转化形式。     

甲烷水蒸气重整强化管内换热的数值模拟

以圆管内壁催化剂薄层内发生甲烷水蒸气重整反应为研究对象,对层流条件下反应及换热进行了数值模拟,分析了催化剂活性、薄层厚度、入口气体流量、入口压力、入口温度以及反应物组分比对反应和换热的影响.结果表明:催化剂薄层内的吸热反应可以有效地增强换热,降低壁面温度;提高催化剂活性和增加薄层厚度,可以增加化学反应吸热量,降低壁面温...     

射频磁控溅射Cr/CrN膜微结构和力学性能研究

利用射频磁控溅射制备了Cr／CrN多层薄膜，并对比单层CrN薄膜，分析研究了多层膜周期与结构和性能之间的关系。研究结果表明：多层膜中没有出现柱状晶体结构，而且结晶取向与单层CrN有显著区别；多层膜的应力普遍小于单层CrN，硬度略高于或接近于单层CrN，在外力作用下的抗变形能力远高于单层CrN；多层膜的应力和硬度随周期厚度的减小而增大，在周期15nm时硬度值达到最大23、8GPa，表明Cr／CrN多层膜的硬度与周期结果有关，而且存在使薄膜性能达到最佳的周期值。     

Influence of residual stresses on failure pressure of cylindrical pressure vessels

The utilization of pressure vessels in aerospace applications is manifold.In this work,fnite element analysis（FEA）has been carried out using ANSYS software package with 2D axisymmetric model to access the failure pressure of cylindrical pressure vessel made of ASTM A36 carbon steel having weld-induced residual stresses.To fnd out the effect of residual stresses on failure pressure,frst an elasto-plastic analysis is performed to fnd out the failure pressure of pressure vessel not having residual stresses.Then a thermo-mechanical fnite element analysis is performed to assess the residual stresses developed in the pressure vessel during welding.Finally one more elasto-plastic analysis is performed to assess the effect of residual stresses on failure pressure of the pressure vessel having residual stresses.This analysis indicates reduction in the failure pressure due to unfavorable residual stresses.     

不同铝源对碳热还原法合成氮化铝粉末的影响

采用碳热还原法制备了氮化铝粉末，探讨了不同的起始原料、反应温度、不同添加剂对合成氮化铝粉末的影响。采用XRD、SEM、化学分析等手段对制备的氮化铝粉末进行分析。结果表明，采用活性碳和以Al(OH)3为铝源有助于抗热还原氮化反应，能提高产物的氮含量；采用CaF2具有良好的催化效果，而引入AlN晶种能有效地提高铝源的转化率。     

压力和速度对氧化锆分析仪测量值的影响

使用氧化锆分析仪测量气体中氧浓度时发现,压力和速度可能对测量值有影响。本文组建实验系统并进行实验研究,用氧气和空气混合制成高氧气浓度气体,用氧气和二氧化碳混合制成低氧气浓度气体,分别研究了压力和速度对不同氧气浓度下氧化锆分析仪测量值的影响。结果表明,氧化锆分析仪在直接插入式安装时,存在最大使用压力;在最大使用压力以下测量时,气体压力对测量值无影响。压力超过最大使用压力时,高氧气浓度下,随着压力升高,测量值减小;低氧气浓度下,随着压力升高,测量值增加。气流速度对分析仪的测量值无影响。     

复合材料层板固化全过程残余应变/应力的数值模拟

采用商业软件对带有铝板的复合材料层板固化全过程残余应变/应力进行数值模拟计算。在固化过程的模拟中,应用有限元法计算复合材料层板热-化学模型,有限差分法计算固化动力学模型,通过设置较小的时间步实现求解两个模型强耦合的关系。在残余应力数值模拟中,化学收缩引起的应变在每一计算步以初始应变施加在复合材料结构上。基于以上技术,对带有铝合金的复合材料层板固化全过程残余应变/应力演化进行数值模拟,并分析纤维方向和垂直纤维方向复合材料的残余应变/应力演化历程。通过与试验中层板曲率的比较,验证文中模型计算的准确性。     

气旋现象对气体静压轴承微振动影响的实验

气体静压轴承是气浮系统的重要组成元件，其气膜自激微振动会降低气浮系统的工作精度和刚度特性。为了进一步提高气体静压轴承的工作精度和稳定性,在分析轴承内部气膜波动形成机理的基础上,开展了数值计算及实验研究。不仅验证了气旋分布规律和气旋中心压降的存在可靠性,并且有力证明了气膜支撑区域内沿流动方向存在的分区现象。结合实验进一步分析了影响高压区气旋强度和分布位置的可能因素。结果表明:供气压力、供气孔径和气腔结构都分别对气旋的位置和强度有各自不同的影响规律；而主气旋的核心位置和内外压差造成的压力脉动又会直接决定气体静压轴承微振动的强度和频率特征。