连续多试样纳米金刚石膜沉积设备及工艺

首先对热丝化学气相沉积(Chem ica l vapor depos ition,CVD)系统进行改造,设计了在真空室外对室内试样进行操纵的机械手系统和储料台,实现了一次热丝碳化后完成多个不同工艺条件下试样的连续沉积。有限元仿真研究结果表明,多衬底温度场比较均匀,适合于金刚石膜的生长。最后,采用改进沉积系统,在A r-CH4-H2气氛中,在多晶钼衬底上成功制备了纳米金刚石薄膜。R am an,XRD和AFM等结果表明,制备的金刚石纯度较高,晶粒大小在30 nm左右,表面光滑。     

大尺寸金刚石膜生长中等离子体弧源的稳定性

保持等离子体弧源稳定性对于制备大尺寸平面金刚石膜极其重要,故从理论和实验两个方面对等离子体弧源稳定性进行了分析。研究表明,为了保持弧源的稳定,必须在生长过程中,保持稳定的电子温度和均匀的活性原子及原子基团密度。金刚石膜在某些条件下长时间生长时,会发生阳极环积碳现象,导致等离子体弧源扰动失稳,从而引起生长的金刚石膜含有石墨杂质。通过预处理阳极环、控制碳源、加大氢气量等措施可保持弧源稳定。在此条件下生长金刚石膜,经SEM,Raman分析表明,其晶粒均匀、晶界清晰,仅有金刚石特征峰出现。     

基于微纳米金刚石过渡层的cBN刀具涂层制备

立方氮化硼(Cubic Boron Nitride,cBN)是仅次于金刚石的超硬材料,比金刚石具有更高的化学稳定性,可以胜任铁系金属的加工。本文在YG6硬质合金上基于微纳米金刚石过渡层开展cBN涂层的制备研究。本文在热丝化学气相沉积系统中制备微纳米金刚石过渡层(Micro/nanocrystalline diamond,M/NCD),在射频磁控溅射系统中制备cBN涂层,并对M/NCD与cBN涂层进行了成分、微观形貌与结合性能的研究。研究结果发现,在硬质合金基体上,M/NCD过渡层的结合性能明显优于NCD过渡层。磁控溅射制备cBN涂层过程中,存在适合cBN沉积的衬底偏压阈值,过高或过低的衬底偏压均不利于cBN含量的提高。     

衬底温度对共溅射法制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长的影响

研究了衬底温度对采用Cu2ZnSnS4靶和Cu靶共溅射制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长的影响。采用拉曼光谱、X射线能量色散谱仪、扫描电子显微镜和紫外 可见 近红外分光光度计对在不同衬底温度条件下制备的Cu2ZnSnS4薄膜 的元素比例、形貌以及光学带隙进行了表征与分析。结果表明制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长遵循不同规律。室温衬底条件下制备的Cu2ZnSnS4薄膜晶粒生长遵循两步法，导致颗粒尺寸和元素分布不均；而在120~200 ℃衬底温度条件下制备的Cu-Zn-Sn-S预置层在溅射过程中已有Cu2ZnSnS4晶粒形成，这些晶粒在后续硫化生长过程中起到形核点的作用， 促进了Cu2ZnSnS4晶粒的长大与元素的均匀分布。随着衬底温度的升高，Cu-Zn-Sn-S预置层及由此制备出的Cu2ZnSnS4薄膜的结晶性变好，Cu2ZnSnS4薄膜的带隙先升高后减小至1.55 eV。     

黄麻纤维表面原位沉积纳米SiO2工艺以及机理探究

采用超声-溶胶凝胶法在黄麻纤维表面原位沉积纳米SiO_2,通过红外光谱分析,微观形貌分析以及沉积量测试,讨论了不同工艺参数对纳米SiO_2沉积效果的影响。结果表明:随着正硅酸乙酯(TEOS)浓度或氨水浓度的增加,纳米SiO_2的沉积量逐渐增多,粒径逐渐增大;随着沉积温度的升高,纳米SiO_2的沉积量逐渐减少,粒径逐渐减小;与沉积温度为20℃相比,当沉积温度为60℃时,纳米SiO_2的沉积量减少了36.4%、粒径减小了37.8%;沉积时间主要影响纳米SiO_2的沉积量,对其粒径的影响不明显。通过实验探究了纳米SiO_2成核与生长的机理:黄麻纤维表面的孔隙结构为纳米SiO_2提供了成核位点;TEOS经过水解缩合反应形成短链交联结构,通过氢键或化学键沉积于黄麻纤维表面的孔隙中;短链交联结构经过成核与生长过程,逐渐形成纳米SiO_2颗粒。因此,通过对工艺参数合理地选择,可以调控纳米SiO_2在黄麻纤维表面成核与生长阶段的形貌与沉积量。     

硫源种类对微波合成CZTS颗粒与薄膜性能的影响

研究不同硫源对微波液相合成的Cu２ＺｎＳｎＳ４（CZTS）纳米颗粒尺寸及形貌的影响。结果表明：当采用硫脲作为硫源时,所制备的CZTS纳米颗粒为平均尺寸500 nm的球状结构纳米颗粒;采用L 半胱氨酸作为硫源所制备的CZTS纳米颗粒为50 nm的空心球状纳米颗粒;而当使用硫代乙酰胺作为硫源制备CZTS纳米颗粒,其平均尺寸仅为3 nm。采用 平均尺寸为500 nm或50 nm的纳米颗粒制备墨水,将墨水旋涂到衬底上时,其致密性很差,明显存在许多孔洞。当采用平均尺寸为3 nm的纳米颗粒制作墨水,并将其制成薄膜时,薄膜致密性与均匀性都比较好。将最佳的预制薄膜进行硫化处理,其结晶性明显提高,并得到转化效率为2.1%的CZTS太阳电池。     

硅基ZnO薄膜组织形貌的研究

本文采用自行设计PECVD的设备生长ZnO薄膜,以在等离子体作用下的CO2/H2作为氧源,Zn(C2H5)2为锌源,N2为载气,在Si(111)衬底上生长ZnO薄膜,衬底温度分别为400℃、450℃。使用原子力显微镜和带能谱的环境扫描电镜分析这两个ZnO薄膜样品的表面和断面组织形貌。实验结果表明,衬底温度直接影响薄膜的结晶质量。在衬底温度为450℃时生长薄膜样品,晶粒之间存在有规律的聚集,主要按六方环结构排布,比在衬底温度为400℃生长的薄膜的晶粒之间的聚集更有规律,这与XRD测试结果相吻合;薄膜的断面组织形貌图也进一步证实了在衬底温度为450℃时生长的ZnO薄膜,C轴高度择优取向。从薄膜的断面组织形貌图还可以看到,薄膜与单晶硅衬底之间界面几乎是一条直线,样品经过高温退火处理,薄膜未出现裂纹或卷起,说明薄膜与单晶硅之间存在一定的化学键合。     

Zn／纳米CeO2复合镀层的制备及其性能研究

采用电镀方法制备了Zn/纳米CeO2复合镀层,分析了镀液中CeO2颗粒悬浮量、阴极电流密度和镀液温度等因素对复合镀层中纳米CeO2复合量和膜层质量的影响,用正交试验法优选了各工艺参数。采用电化学方法和浸泡法研究了Zn/纳米CeO2复合镀层的耐蚀性。结果表明,相对于纯镀锌镀层,复合镀层晶粒细小,平整光滑,显微组织均匀、致密,并且镀层耐蚀性能有提高。     

低速冲击下裂纹成核的位错模型

从理论上研究低速冲击下金属材料中微裂纹的成核,建立了裂纹成核的位错模型,并在其中考虑温度与晶粒尺寸的影响;给出了在低速冲击载荷作用下脆性裂纹成核与延性裂纹成核的速度判据;定义了体现材料抗低速冲击能力的速度阻抗,确立了脆性裂纹成核与延性裂纹成核的速度阻抗的计算表达式;分析了在裂纹成核过程中的尺寸效应和脆性-延性转变。结果表明,裂纹成核的速度阻抗都随着晶粒的粗化而减小;脆性裂纹成核的速度阻抗随温度增加而增加,而延性裂纹成核的速度阻抗随温度增加而减小,两者的交点确定了脆性-延性转变温度。     

碳/Me(Co,RE)对W-Ni-Fe高密度合金性能和显微组织的影响

采用高能球磨机械合金化、模压成型和真空烧结法制备了添加碳、钴和稀土氧化物粉末的W-Ni-Fe高密度合金。分别用阿基米德排水法、洛氏硬度计、XRD、SEM和EDX等手段研究了几种合金试样的密度、硬度、钨晶粒度和组织形貌。结果表明:采用高能球磨制得纳米晶预合金粉可以降低合金的烧结温度;采用纳米晶预合金粉末烧制的W-Ni-Fe合金的最佳烧结工艺为1350℃×75 min。碳作为添加剂可以提高合金硬度和降低烧结温度;添加钴可以降低烧结温度,钴和稀土氧化物粉共同添加可以提高合金致密度和细化晶粒。     

DLC涂层硬质合金微钻的制备及其切削性能

在硬质合金微型刀具加工高硅铝合金等难加工材料时,通过采用改进的热丝CVD装置开展了DLC涂层硬质合金微钻制备工艺优化,得到了最优沉积工艺,并配合高速加工高硅铝合金(Si15%)材料微小孔钻削性能对比试验,分析了刀具的磨损机理.结果表明:两步预处理方法适合复杂形状硬质合金衬底的预处理方法.钻削高硅铝合金时,DLC涂层具有低摩擦系数和高耐磨损特性,同等切削条件下,涂层微钻的切削寿命比未涂层硬质合金微钻提高了10倍.     

AN INVESTIGATION OF HOT FILM SIGNALS ON LOCATING BOUNDARY LAYER TRANSITION

ＡＮＩＮＶＥＳＴＩＧＡＴＩＯＮＯＦＨＯＴＦＩＬＭＳＩＧＮＡＬＳＯＮＬＯＣＡＴＩＮＧＢＯＵＮＤＡＲＹＬＡＹＥＲＴＲＡＮＳＩＴＩＯＮＷａｎｇＴｉｅｃｈｅｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ＮＵＡＡ２９ＹｕｄａｏＳｔｒｅｅｔ，Ｎａｎｊｉ...     

热塑性成形过程微观组织模拟研究新进展

金属在热塑性成形过程中微观组织发生晶粒形核、长大、相变、再结晶等一系列的复杂变化,直接影响加工过程与产品的机械性能。本文对目前应用在热成形微观组织演变模拟方面的主要模拟技术作了比较全面的评述,对比了不同微观组织模拟方法,总结了利用各种模拟技术所取得的最新研究成果。     

HFCVD系统热丝参数遗传优化

在热丝化学气相沉积金刚石系统中，衬底温度是影响金刚石成膜质量的关键因素之一。为了沉积大面积优质金刚石膜，必须对衬底表面温度的大小及均匀性实施有效控制。中通过应用遗传算法对热丝参数进行优化设计，保证了衬底在半径为Rs＝10cm的范围内具有较均匀的温度场，从而为大面积生长优质金刚石膜提供了可能。     

磨料有序排布钎焊金刚石砂轮磨削硬质合金的性能研究

通过优化排布金刚石磨料研制出钎焊单层金刚石端面砂轮.以硬质合金为加工对象,研究了该砂轮的磨削性能.结果显示连续干磨时,金刚石磨粒的失效形式主要是磨耗磨损和断裂两类,没有出现传统的电镀和烧结工具磨粒大量脱落的现象.这表明钎料合金对磨粒的高强度把持和砂轮的高耐用度.此外,工件的磨削表面获得了良好的粗糙度,理论预测的粗糙度数值和试验数值基本一致.     

边界层转捩位置测量及其精度的实验研究

以无迎角平板作为模型,用多片表面热膜作为测量元件,在低速风洞中测定边界层转捩位置及其随来流速度变化的规律,并在等精度重复测量的基础上给出边界层转捩特征点位置测量的精度。实验研究的结果表明,本文提出的测定边界层转捩位置及其变化规律的实验技术,能够满足应用性定量实验的需要。     

等离子体激励器对气膜冷却效率的影响

建立了介质阻挡放电等离子体激励模型,模拟了在等离子体激励作用下的平板气膜冷却过程,研究了不同吹风比条件下等离子体激励器的激励和结构参数对气膜冷却效率的影响。结果表明:激励电压越高、电极弧度越大、电极厚度越薄、绝缘材料介电常数越大及绝缘材料厚度越薄,等离子体激励的诱导能力越强,能够改善气膜的贴壁特性,提高冷却效率;激励器激励频率对冷却效率的影响很小。激励器参数的改变不影响冷却效率随吹风比的变化特征。