纳米多层膜力学性能研究进展

本文综述了近年来国内外得对纳米多层膜力学性能的研究结果,探讨了出现力学性能异常的机理,为设计新型的纳米多层膜镀层提供理论依据。     

Al/Ni含能多层膜在Al2O3陶瓷/不锈钢焊接中的应用

采用磁控溅射设备,生长AuSn合金做焊料层、Al/Ni含能多层膜做热量提供层,实现了不锈钢和Al_2O_3间的异质材料自蔓延高温扩散焊。利用SEM、XRD和DSC等测试手段表征AuSn合金和Al/Ni含能多层膜的微观形貌、相成分和放热量;用万能试验机测试焊接接头的力学性能。结果表明,AuSn合金的质量比基本达到80∶20,而多层膜的层状结构清晰,反应热达到1 239 J/g。焊接实验结果表明,仅使用AuSn焊料时,剪切强度仅为46 MPa,在增加Al/Ni含能多层膜后,其剪切强度可达90 MPa,强度提高了约一倍。焊接接头的界面显微形貌和相结构研究表明,剪切强度的增强主要是Al/Ni多层膜提供了额外能量使得界面处的反应剧烈,陶瓷金属化层与中间层的反应加剧,形成了新的反应生成物。     

具有多层反射结构的柔性纳米隔热材料

将纳米多孔结构和多层反射屏引入柔性隔热毡中,设计出一种具有多层反射结构的柔性纳米隔热材料,并结合材料的微观结构对其隔热机理进行了分析.结果表明:多层反射屏抑制了材料的红外辐射传热量,纳米多孔结构降低了气体导热和对流传热,有效地提高了材料的隔热性能.     

中科院力学所建成纳米检测光学测试系统

“纳米检测光学测试系统”由光谱椭偏仪（Spec Ellipsometer）和近场光学显微镜（SNOM）组成，前者以相敏和光谱的优势为二维纳米材料、多层纳米介质和生物分子膜层的定量光谱分析提供了高灵敏和高精度的检测手段；后者的光探针提供了表征纳米尺度微观光学性质和无扰动探测柔性生物分子及其相互作用的能力，两者的有机结合提供了一种跨尺度光学检测平台。     

周期结构对AlTiN多层薄膜结合能影响

使用TiAl合金靶,利用中频反应磁控溅射系统,通过交替改变氮气流量的方法,在高速钢(W18Cr4V)基体上沉积了氮含量周期性改变的AlTiN多层薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)和高分辨透射电镜(HRTEM)等方法研究了AlTiN多层薄膜微观组织和结构;AlTiN多层薄膜的力学以及膜基结合性能用纳米压痕硬度仪和划痕试验得到。结果表明,制备的AlTiN薄膜,尽管交替的两层中氮含量不同,但每一单层都为非晶包裹纳米晶的纳米复合结构,所不同的是,低氮含量层中纳米晶密度较小。多层结构的形成能够很大的提高AlTiN多层薄膜的临界载荷和结合能,同时硬度和弹性模量值均有微小的提高,氮气流量的增加有利于多层膜性能的改善。     

MEO/LEO双层卫星网络中层间链路的连接度分析

作为未来卫星移动通信系统的一个重要的研究方向,提出了一种由MEO卫星和LEO卫星共同组成的双层卫星网络(Double-Layer Satellite Network,DLSN),以更好为用户提供多媒体服务.作为多层卫星网络的一个重要的研究内容,连接不同高度上卫星的层间链路(Inter-Orbit-Links,IOLs)的特性对于整个DLSN网络的性能会有很大的影响.根据所设计的多层卫星网络的星座参数,通过对层间链路几何特性的研究,分析了多层卫星网络中MEO卫星与LEO卫星的连接度性能.采用计算机仿真的方法,给出了层间链路连接度的特性.结果表明,为了提高网络性能,在多层卫星网络中应按照一定参数有选择的建立层间链路,而不是简单的采用视距可见原则建立层间链路.     

ZrO2纳米颗粒含量对AZ91D镁合金微弧氧化膜耐蚀性的影响

为了提高AZ91D镁合金的耐蚀性能,利用单极性脉冲电源制备具有不同ZrO₂纳米颗粒含量的微弧氧化膜层,研究纳米ZrO₂颗粒对AZ91D镁合金微弧氧化膜层耐蚀性的影响。采用扫描电子显微镜观察复合膜层的表面及截面形貌;同时利用X射线衍射仪分析不同ZrO₂纳米颗粒含量的膜层中的相组成;测试样品的电化学腐蚀性能。结果表明：当电解液中加入1 g/L ZrO₂颗粒时,纳米ZrO₂颗粒能够渗入微弧氧化膜层之中,封闭膜中原有的微孔和微裂纹等缺陷,膜层表面质量较好;随着电解液中ZrO₂颗粒含量由2 g/L增加到3 g/L时,膜层的裂纹明显增多,导致腐蚀介质容易进入膜层发生腐蚀,耐蚀性能下降;在电解液中添加纳米ZrO₂颗粒时,1～3 g/L范围内添加1 g/L ZrO₂纳米颗粒的微弧氧化膜层的耐蚀性能最好。     

LY12铝合金表面铈纳米膜的制备及显微组织特征

采用Sol-gel提拉法在LY12铝合金表面制备了铈的纳米膜。研究了成膜的最佳工艺条件。试验结果表明,处理溶液中铈的起始浓度、焙烧温度等都是影响膜质量的因素。在焙烧温度为400℃,铈的起始浓度为30g/L的条件下,可获得均匀,重复性好的膜。XPS测试结果证明了膜的主要成分为铈的氧化物,利用XRD测试结果估算出膜中的铈的粒径为10纳米。扫描电镜的结果指出了焙烧温度高低对膜层表面结构特征的影响。     

真空磁过滤电弧离子镀法制备类金刚石涂层方法及性能研究

采用真空磁过滤电弧离子镀方法，在GT35基体上沉积类金刚石膜。通过对清洗工艺及弧电流、工件所加负偏压、沉积温度等参数的研究，制定出了合理的工艺路线，并对这种膜层进行了X－射线光电子谱（XPS）分析，利用干涉仪、纳米硬度计对膜层的粗糙度、纳米硬度作了进一步检测。结果表明，采用此种方法制备的类金刚石膜层，SP^3含量约为40．1％；组织致密，无大的颗粒；镀膜后的粗糙度可以达到0．015μm；纳米硬度约为55GPa。并将膜层与TiN膜层组成摩擦副，进行了耐磨性试验。结果表明膜层的耐磨性较好。     

膜层厚度连续重复最佳化的光学薄膜制备

由于各种原因,在制作光学多层膜系时,各层的厚度都偏离理想数值,结果常常造成滤波器性能不佳。本文介绍以监控单色透射率为基础,在一定程度上补偿这些误差的无吸收多层膜镀制方法。在各层膜沉积之后,计算机程序给出实际监控数据,根据这些数据推导出膜层的厚度。之后,通过其余层的厚度变化,计算程序可使系统性能最佳化。我们对在玻璃上制作的七层中性分光镜进行了数字和试验研究。本文提供在玻璃上镀 AR 层的理     

染色瓷质氧化工艺

染色瓷质氧化工艺是一种防护性、装饰性表面处理工艺 ,适用于大部分铝及铝合金材料。氧化膜平滑且有光泽 ,抗腐蚀性能好。根据不同的材料和工艺条件 ,其色调可为乳白、乳黄、淡灰、灰、深灰。本工艺适用于含铜为 4%左右的硬铝合金的氧化处理 ,并可根据需要进行染色处理。本成果可应用于民品生产中 ,使产品具有特色的装饰效果 ;应用于有“三防”要求的军品的防护装饰氧化处理 ,染色后的军品颜色可作为识别的标志色。本工艺膜层致密 ,抗蚀性能好 ;膜层有光泽 ,细腻 ,手感光滑 ,具有瓷釉或塑料外观 ;氧化后的零件保持原有的粗糙度与精度 ,并能…     

铝及铝合金化学氧化的研究

铝及铝合金已广泛地应用于航空工业。由于铝具有较高的负电性,在空气中极易和氧化合,生成一层致密的氧化膜,此膜厚约0.01～0.1微米,具有一定的耐蚀性。但由于此膜很薄,不能有效地防止铝的腐蚀,必须用有效的方法加以防护。铝及铝合金的防护方法可分为电化学方法和化学方法。本文就铝合金化学氧化(磷酸铬酸法)的研究和应用进行介绍。     

铝锂合金超塑成形/扩散连接技术研究进展

轻量化材料与结构是现代航空航天工业的发展方向。铝锂合金密度小,比强度、比弹性模量高,是理想的航空航天材料。采用超塑成形/扩散连接工艺成形的空心夹层结构零件具有整体性好、设计自由度大、成形精度高、无残余应力等优点,而且能够大幅减重、降低成本,广泛应用于航空航天领域。针对航空航天领域对新一代复杂多层结构件整体化和轻量化的迫切需求,回顾了国内外铝锂合金的发展历程,介绍了国内外铝锂合金超塑成形、扩散连接以及超塑成形/扩散连接组合技术的发展现状及其在航空航天领域的应用,指出铝锂合金表面致密稳定氧化膜是阻碍其扩散连接接头质量提升的瓶颈问题,讨论去除铝锂合金表面的氧化层以及防止新的氧化层再生的相关工艺与机理,最后展望了铝锂合金超塑成形/扩散连接技术在航空航天领域的应用前景以及未来研究方向。     

金属多层膜超晶格结构研究

用高分辨的三晶体x—射线衍射仪测量了Zr、Cu金属交替的多层膜的x—射线小角反射谱。用扩展了的Born—wolf光学模型对Zr、Cu多层膜的x—射线小角反射数据进行了定量分析。结果表明，该金属多层膜在其生长方向具有超晶格结构。在两层金属膜之间的界面上，由于内扩散，形成了界面交混层，它使x—射线小角反射所产生的高阶Bragg峰的强度减弱。由于两种金属膜的晶格不匹配，使高阶Bragg峰加宽。界面的粗糙度可用来模拟x—射线小角反射曲线的阻尼振荡效应。     

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。     

环氧／纳米SiO2杂化浆料的制备及其对碳纤维复合材料性能的影响

采用溶胶-凝胶技术制备了环氧/纳米SiO2杂化浆料,对杂化浆料膜的结构和性能进行了表征分析,同时研究了该浆料对碳纤维复合材料性能的影响.首先制备了(γ-异氰酸酯基)丙基三乙氧基硅烷接枝的环氧树脂,利用该树脂对纳米SiO2先驱体进行原位改性,制备碳纤维表面环氧/纳米SiO2杂化浆料.采用FT-IR,AFM和综合热分析仪对纳米SiO2先驱体的原位改性结构、浆料膜的显微形态和相态及其热性能进行分析,成功制备了环氧/纳米SiO2杂化浆料,SiO2以纳米尺度均匀地分布于杂化浆料膜中,纳米SiO2的引入使杂化浆料膜的热性能得到了提高.采用该杂化浆料对碳纤维表面进行改性,复合材料力学性能研究表明,杂化浆料可同时提高复合材料的层间剪切强度和冲击性能.     

磁控溅射DLC/SiC/Ti多层膜对镁合金摩擦磨损性能的影响

采用室温磁控溅射技术在镁合金(AZ91D)表面制备DLC/SiC/Ti(类金刚石/碳化硅/钛)多层膜(SiC,Ti为中间层),研究了薄膜的纳米压痕行为和膜基系统的摩擦磨损性能.试验结果表明:DLC薄膜具有低的纳米硬度(4.01GPa)和低的弹性模量(40.53GPa),但具有高的硬弹比(0.10);膜基系统具有好的摩擦磨损性能;在以氮化硅球为对磨件的室温干摩擦条件下摩擦系数平均约为0.19,与镁合金相比,磨损速率低了约三个数量级,膜基系统经3.5h磨损后,未出现裂纹和剥落,显著改善了镁合金的抗磨损性能.     

在非垂直入射时激光反射镜的性能

用折射率不同,有效光学厚度相等的二层(ZnS和MgF_2)作为多层膜的基本周期,用这样的无损耗周期多层介质膜制作的激光反射镜,计算了阻带中心的反射率与阻带宽度。而这二者都是入射角的函数。在斜入射时辐射偏振垂直于或平行于入射面。对于直到有二十层膜的反射镜的计算机计算结果被列成图表,并作了详细讨论。这些图表按预定的要求简化激光反射镜的设计,并且造成了一种可能性:即区分阻带中心处的谱线反射率是极大值还是极小值。     

多层反射纳米隔热材料的制备及性能研究

制备了超薄纳米隔热材料和高反射金属箔,并组合成多层反射纳米隔热材料.结果表明:制备的超薄纳米隔热材料表面平整、厚度小于0.5 mm,材料的孔和粒径为纳米尺度;制备的金属膜结构紧密,厚度满足设计要求,在中心波长附近平均反射率高于95%.典型多层反射纳米隔热材料室温热导率为16 mW/(m·K).     

新的铝锂合金连接技术

超塑成形铝锂合金有许多性能上的优点,并可采用现有的超塑成形技术来生产零件,但如何将超塑成形与扩散连接完美地结合起来以生产复杂多层结构,尚有一定难度.由于