金刚石膜厚度尺寸对热残余应力的影响

 采用有限元方法对钼基体上不同厚度（20~1 000 μm）金刚石膜的热残余应力进行了全面的模拟与分析，得出了它们在膜内分布的等值线图，研究了金刚石膜厚度尺寸对整个膜内的最大主拉应力和界面处每个应力分量最大值的影响。结果表明：在整个膜内，最大主拉应力的位置出现在膜的表面、界面或侧面，其值随膜厚度的增加而增大；在界面处，最大轴向应力随膜厚度的增加而增大，而最大径向压应力、最大周向压应力和最大剪应力则随膜厚度的增加而减小，其中最大剪应力减幅较小；膜厚度越大时，以上各量随厚度增（减）的速度越慢。其结论对于在金刚石膜的制备中合理地选择厚度、有效地进行应力控制有一定的参考价值。     

金刚石薄膜红外椭圆偏振参量的计算与拟合

用红外椭圆偏振仪对热丝化学气相沉积法制备的金刚石薄膜的光学参量进行了测量。由于表面状态和界面特性的差异，分别对镜面抛光硅片和粗糙氧化铝基片上的金刚石薄膜建立了不同的模型，并在此基础上进行了测试结果的计算拟合。为了综合反应诸如表面粗糙度等表面界面因素对测试结果的影响，根据衬底特性将表面层和界面层分离出来，并采用Bruggeman有效介质方法对它们的影响进行了近似处理。结果表明，硅衬底上金刚石薄膜的椭偏数据在模型引入了厚度为879nm的表面粗糙层之后能得到很好的拟合。而对于氧化铝衬底上的金刚石薄膜而言，除了在薄膜表面引入了粗糙层之外，还必须在衬底和金刚石界面处加入一层由体积分数为0．641的氧化铝、体积分数为0．2334的金刚石和体积分数为0．1253的空隙组成的复合过渡层(厚度995nm)，才能使计算值与实验参量很好地吻合。     

碳化硅反射镜坯体光学加工的残余应力测量与分析

测量并分析了碳化硅反射镜坯体光学加工的残余应力。采用X射线衍射法测定了磨削成形、研磨以及抛光过程引入的表面残余应力的性质和大小;采用逐层抛光法测定了在用120#粒度金刚石砂轮磨削时引入的残余应力层厚度。研究结果表明:在用120#金刚石砂轮磨削加工时沿磨削方向和垂直于磨削方向分别引入了残余拉应力和残余压应力,其大小分别为40MPa和70MPa,应力层深度约为60μm,大于裂纹层深度;在用W7金刚石微粉研磨时引入了残余压应力,在其作用范围内残余应力平均值为60～80MPa;在抛光时理论上会引入残余压应力。在此基础上提出了在碳化硅反射镜坯体的光学加工过程中,可以通过研磨消除磨削引入的裂纹层和残余应力层。     

激光冲击对不锈钢焊接接头残余应力场的影响

针对不锈钢焊接接头存在残余应力且分布不均匀、容易发生应力腐蚀的问题,采用激光冲击强化对其进行处理,探究激光功率密度和冲击次数对表面残余应力状态的优化作用,并通过应力腐蚀试验验证优化效果。结果表明:随着功率密度增加,表面残余应力明显下降,但下降幅度逐渐减小,功率密度4.24GW/cm2与2.83GW/cm2冲击产生的残余应力相差不大,熔合区还存在残余拉应力,说明高功率密度不足以消除表面残余拉应力;随着冲击次数增加,残余拉应力显著降低,2.83GW/cm2冲击3次之后,残余拉应力完全消除,局部最高应力梯度从54.7 MPa/mm下降到11.7 MPa/mm,获得了高数值、分布均匀的残余压应力层。激光冲击强化后,焊接试样的应力腐蚀断裂时间提高了33.48%,激光冲击强化产生的残余压应力是其应力腐蚀抗性提高的重要原因。     

聚晶金刚石复合片超高压烧结过程的实验研究

 采用X射线衍射（XRD）分析、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDX）等方法,对在压力5.6 GPa、温度1 460 ℃条件下,加热时间分别为2、3、4、6、8、10 min的聚晶金刚石复合片（PDC）样品进行了分析。结果表明：PDC的烧结经历了金刚石的石墨化过程,而且在烧结过程中金刚石层表面的XRD图谱出现了WC衍射峰,强度由弱到强,再由强到弱,直至消失;进一步的研究发现,PDC中助烧结剂Co的晶格常数因C和W原子的固溶会变大,并随PDC加热时间的延长出现一个峰值;从硬质合金基体扩散到金刚石层的Co由于扩散通道各异、所受阻力不同,使得其分布不均匀。     

高温高压金刚石单晶生长界面的研究

 利用扫描电镜及Auger电子谱技术研究了高温高压下金刚石单晶生长界面的特性，观察到了金刚石单晶表面及金属膜表面的沟槽结构及金刚石-金属、金属-石墨两个主界面间的过渡层结构及界面间C原子电子组态的变化。     

皮秒激光加工CVD单晶金刚石的特征和机理研究

为了探究皮秒激光加工金刚石的特征和材料去除机理,开展了皮秒激光加工CVD单晶金刚石微槽的试验和温度场仿真研究。利用场发射扫描电子显微镜检测了金刚石微槽表面和内部的微观形貌,实验结果表明,金刚石微槽边缘出现了微小崩边和微裂纹,微槽内部形成了周期约为255 nm和495 nm的纳米条纹。通过测量金刚石微槽宽度、深度、体积,得到了皮秒激光烧蚀金刚石的阈值、烧蚀速率和材料去除率。对金刚石微槽底部进行拉曼分析,发现皮秒激光加工金刚石是通过表面石墨化进行的,并且随着激光能量密度的增加,石墨峰出现了明显的红移。理论计算得到皮秒激光烧蚀金刚石的石墨层厚度约为88.7 nm。皮秒激光烧蚀金刚石温度场仿真结果表明,皮秒激光辐照能量主要分布在金刚石的表面,而通过热传导进入到金刚石内部的激光能量极少,因此皮秒激光加工金刚石的热影响区极小,导致其产生的石墨层厚度小于100 nm。     

涂层界面结合强度检测研究(Ⅰ):涂层结合界面应力的理论分析

利用激光划痕测试法和弯曲应力理论，建立了涂层结合界面应力的理论模型，推导出结合界面剪应力、正应力和剥离应力分布公式，分析了结合界面应力产生的机理.理论分析结果表明，界面正应力主要集中在界面中心区域内，而在界面边缘附近，正应力迅速下降，在界面边缘处其值降为0；剪应力和剥离应力主要集中在界面边缘区域内，在远离界面边缘区域，剪应力和剥离应力则迅速下降；涂层中正应力和涂层厚度、基体厚度以及杨氏模量无关，界面间剪应力以及剥离应力随涂层厚度增加而增加，并且由涂层与基体厚度以及杨氏模量所共同决定.     

涂层界面结合强度检测研究（I）：涂层结合界面应力的理论分析

利用激光划痕测试法和弯曲应力理论，建立了涂层结合界面应力的理论模型，推导出结合界面剪应力、正应力和剥离应力分布公式，分析了结合界面应力产生的机理．理论分析结果表明，界面正应力主要集中在界面中心区域内，而在界面边缘附近，正应力迅速下降，在界面边缘处其值降为0；剪应力和剥离应力主要集中在界面边缘区域内，在远离界面边缘区域，剪应力和剥离应力则迅速下降；涂层中正应力和涂层厚度、基体厚度以及杨氏模量无关，界面间剪应力以及剥离应力随涂层厚度增加而增加，并且由涂层与基体厚度以及杨氏模量所共同决定．     

Al2O3陶瓷衬底碳离子预注入对金刚石薄膜应力的影响研究

通过对Al2O3陶瓷衬底进行碳离子预注入，大大降低了Al2O3陶瓷衬底上金刚石薄膜的应力，且金刚石薄膜中的压应力随碳离子注入剂量的增加而线性下降.通过对Al2O3陶瓷衬底注入前后的对比分析表明，高能量的碳离子注入Al2O3陶瓷衬底以后，并没有产生过渡层性质的新相，而是大量累积在Al2O3晶格的间隙位，使Al2O3晶格发生畸变.而且，随着碳离子注入剂量的增加，Al2O3基体内晶格畸变加剧，注入层残余压应力也随之上升.当金刚石薄膜沉积以后，在降温的过程中衬底这部分残余应力得到释放，从而部分弛豫了金刚石薄膜中的 关键词： 金刚石薄膜 应力 离子注入 Al2O3陶瓷     

Laser Induced Damage in CVD Diamond Films

ＬａｓｅｒＩｎｄｕｃｅｄＤａｍａｇｅｉｎＣＶＤＤｉａｍｏｎｄＦｉｌｍｓＱＩＵＨｏｎｇＦＡＮＺｈｅｎｇｘｉｕ（ＳｈａｎｇｈａｉＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｉｃｓａｎｄＦｉｎｅＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｐ．Ｏ．...     

HPHT preparation and Micro-Raman characterization of polycrystalline diamond compact with low residual stress

High quality grown polycrystalline diamond compact (PDC) with low residual stress was prepared using the infiltration method with nickel based alloys as the solvent under high temperature and high pressure (HPHT). Scanning electron microscopy (SEM) was used to observe the micro morphology of the diamond layer and the diamond/WC substrate interface. It was found that dense and interlaced microstructure with diamond-diamond (D-D) direct bonding formed in the diamond layer of PDC. Micro-Raman spectroscopy was used to measure the Raman shift of diamonds in the polycrystalline diamond (PCD) layer and the residual stress was calculated based on the Raman shift of diamonds. Experimental results show that the residual stress of PCD layer is compressive stress, and the range of the residual stress is from 0.075 to 0.250 GPa in the whole PCD layer, much lower than that of other reports (up to 1.400 GPa). Moreover, the distribution of the residual stress from the diamond surface layer to the inner cross-section is homogeneous.     

衍射光学元件车削补偿技术的研究

超精密单点金刚石车削加工是高精度衍射光学元件制造的重要方法,但是以往的加工方法是直接一次车削加工成型,无法实现具有加工-检测-补偿加工-检测的闭环控制特点的超精密加工,从而导致零件精度较低。针对这种加工技术的缺陷,通过研究衍射光学元件金刚石车削过程和面形状误差补偿,对表面轮廓仪实际测量的轮廓数据进行处理,计算出实际车削曲线与理想曲线之间的法向残余误差,以此获得新的金刚石车削加工轨迹,实现衍射光学元件的超精密闭环控制加工。利用单点金刚石车床对口径78的衍射光学元件进行补偿加工试验,最终使其PV值由10.4 m经过一次补偿加工后降为4.3 m。     

MPCVD金刚石的Raman光谱分析

用微波等离子体化学气相淀积法（MPCVD）在Si基片上生长了金刚石薄膜，通过对其进行Raman光谱分析，一次表征了金刚石的结构，纯度及应力状况等材料性能，同时并研究了生长过程中微波功率与金刚石性质的关系。研究表明，微波等离子体化学气相溶积法生长的金刚石薄膜，除了金刚石成分的生长外，还会有部分非金刚石成分的生长，金刚石的纯度与微波功率的关系不明显，另外此种方法生长的金刚石薄膜主要表现为张应力。     

利用X射线衍射研究聚晶金刚石复合片的残余应力(英文)

通过x射线衍射方法研究了聚晶金刚石复合片中金刚石层内的宏观残余应力以及微观残余应力.宏观残余应力通过测量x射线衍射的峰值移动可以计算出来,微观残余应力由x射线衍射的峰形宽化决定.本文研究结果表明:我们研究的三种型号聚晶金刚石复合片中存在着宏观残余压应力和微观残余张应力,并且发现宏观残余压应力和微观残余张应力的大小随着金刚石平均粒径的增大而减小,根据x射线衍射研究表明这可能是由于随着金刚石粒径的增大,聚晶金刚石复合片中金刚石相的减少而非金刚石相的增加造成的.x射线衍射技术可以非破坏性的测量宏观和微观残余应力的大小,因此,这是一种很好的检测聚晶金刚石复合片中残余应力的方法,并可以通过应力的大小来优化聚晶金刚石复合片的最佳组分和工艺,同时也可以给出聚晶金刚石复合片的最佳工作条件.     

掺杂CVD金刚石薄膜的应力分析

在不同实验条件下，用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术在Si基体上制备了S掺杂和B-S共掺杂CVD金刚石薄膜，利用X射线衍射仪和拉曼光谱仪研究掺杂对CVD金刚石薄膜的应力影响.研究结果发现，随着S掺杂浓度的增加，薄膜中sp²杂化碳含量和缺陷增多，CVD金刚石薄膜压应力增加；小尺寸的B原子与大尺寸的S原子共掺杂时，微量B的加入改变了CVD金刚石薄膜的应力状态，共掺杂形成B-S复合体进入金刚石晶体后降低金刚石晶体的晶格畸变程度，减少S原子在晶界上偏聚数量和晶体中非金刚石结构相含量，降低由于杂质、缺陷及sp²杂化碳含量产生的晶格畸变和薄膜压应力，提高晶格完整性. 关键词： 金刚石薄膜 掺杂 应力     

以金刚石薄膜为空穴传导层的有机薄膜电致发光

以在半透明金膜上生长的微晶金刚石薄膜作为空穴传导层，得到了以８－羟基喹啉铝（Ａｌｑ３）为发光材料的有机薄膜的电致发光，对器件的电流－电压特性，电压－亮度特性进行了测量，并计算了量子效率，结果表明，该器件具有较高的量子效率及较小的工作电流，从能带图出发，对结果进行了分析。