碳化硅增强环氧树脂复合材料的制备及性能研究

为了提高环氧树脂的摩擦磨损性能,利用碳化硅颗粒填充改性制备了碳化硅/环氧树脂复合材料,探讨了碳化硅含量对于复合材料摩擦磨损性能的影响及磨损表面的磨损机理,分析复合材料的弯曲性能和动态力学性能,揭示了碳化硅的增强机理.结果表明高含量的微米碳化硅能够明显降低环氧树脂的摩擦系数,提高其耐磨性能:与纯环氧树脂相比,添加60wt;碳化硅的复合材料摩擦系数降低了21.44;,而添加40wt;碳化硅的复合材料,体积磨损率降低了83.49;.同时高碳化硅含量下复合材料的弯曲性能和动态力学性能有所增加.     

添加纳米固体润滑剂的自润滑陶瓷材料高温摩擦磨损性能研究

采用真空热压烧结工艺制备了一种添加纳米固体润滑剂CaF2的自润滑陶瓷材料,研究其在室温25℃到600℃环境下与40Cr钢销干摩擦时的摩擦磨损性能.结果表明:自润滑陶瓷材料的摩擦系数与磨损率随环境温度的升高而逐渐降低,600℃时摩擦系数降低到0.21,磨损率降低到2.4×10-6 mm3/N·m.常温下自润滑陶瓷材料的磨损机理是磨粒磨损,高温环境同时存在磨粒磨损和粘着磨损.高温环境下摩擦表面纳米CaF2含量的增加和固体润滑膜的形成是摩擦磨损性能改善的主要原因.     

高质量硼掺杂单晶金刚石同质外延及电学性质研究

突破高质量、高效金刚石掺杂技术是实现高性能金刚石功率电子器件的前提。本文利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,以三甲基硼为掺杂源,制备出表面粗糙度0.35 nm,XRD(004)摇摆曲线半峰全宽28.4 arcsec,拉曼光谱半峰全宽3.05 cm^-1的高质量硼掺杂单晶金刚石。通过改变气体组分中硼元素的含量,实现了10¹⁶~10²⁰ cm^-3的p型金刚石可控掺杂工艺。随后,研究了硼碳比、生长温度、甲烷浓度等工艺条件对p型金刚石电学特性的影响,结果表明:在硼碳比20×10^-6、生长温度1 100 ℃、甲烷浓度8%、腔压160 mbar(1 mbar=100 Pa)时p型金刚石迁移率达到207 cm²/(V·s)。通过加氧生长可以提升硼掺杂金刚石结晶质量,降低杂质散射。当氧气浓度为0.8%时,样品空穴迁移率提升至 614 cm²/(V·s)。     

Y-Ce-ZrO_2-TiC-Al_2O_3复合陶瓷材料的制备及其摩擦磨损特性研究

从提高陶瓷材料的力学性能出发,采用真空热压工艺,制备了混合稀土氧化物稳定的Y-Ce-ZrO2-TiC-Al2O3复合陶瓷材料。对复合陶瓷材料进行了摩擦磨损性能实验研究,采用扫描电镜对其磨损表面形貌进行了观察,对磨损表面物相进行了X射线衍射分析。并与单相ZrO2陶瓷作对比,探讨了复合陶瓷材料的磨损机理。研究表明,该复合陶瓷材料具有较高的综合力学性能,在法向载荷为140 N、转速为200 r/min干摩擦条件下,Y-Ce-ZrO2-TiC-Al2O3复合陶瓷摩擦系数为0.65,磨损率为2.88×10-7mm3/N.m,明显低于单相ZrO2陶瓷,其磨损机理为机械冷焊和粘着磨损。     

Y-Ce-ZrO2-TiC-A12O3复合陶瓷材料的制备及其摩擦磨损特性研究

从提高陶瓷材料的力学性能出发,采用真空热压工艺,制备了混合稀土氧化物稳定的Y-Ce-ZrO2-TiC-A12O3复合陶瓷材料.对复合陶瓷材料进行了摩擦磨损性能实验研究,采用扫描电镜对其磨损表面形貌进行了观察,对磨损表面物相进行了X射线衍射分析.并与单相ZrO2陶瓷作对比,探讨了复合陶瓷材料的磨损机理.研究表明,该复合陶瓷材料具有较高的综合力学性能,在法向载荷为140 N、转速为200 r/m.in干摩擦条件下,Y-Ce-ZrO2-TiC-A12O3复合陶瓷摩擦系数为O.65,磨损率为2.88×10-mm3/N·m,明显低于单相ZrO2陶瓷,其磨损机理为机械冷焊和粘着磨损.     

碳化硅陶瓷密封材料上沉积复合金刚石薄膜

利用直流辉光等离子体化学气相沉积(DC-GD CVD)设备在碳化硅(SiC)密封材料上沉积复合金刚石薄膜(ICD).实验通过两步工艺,先在SiC上沉积一层微米金刚石薄膜(MCD),然后再沉积一层纳米金刚石薄膜(NCD)形成复合金刚石薄膜(ICD).通过场发射扫面电镜和拉曼测试,研究了MCD、NCD和ICD薄膜的表面形貌和材料结构.各种金刚石薄膜利用轮廓仪、划痕测试和摩擦磨损测试其力学性能.结果显示ICD薄膜既有较强的结合力,其摩擦系数也较低.ICD薄膜涂层的SiC密封环的摩擦系数为0.08 ～0.1.     

多孔坩埚温度梯度法生长Ho,Y∶CaF2晶体及其光谱性能

采用自主设计改造的温梯炉,成功生长了不同浓度Ho³⁺、Y³⁺掺杂的CaF₂及Sr_xCa_1-xF₂晶体,晶体尺寸约为ϕ15 mm×55 mm,生长周期约为6 d,能够实现7种不同浓度晶体的同步生长,并选取其中的4%(原子数分数)Ho,4%Y∶CaF₂晶体进行分析,吸收测试表明,该晶体448 nm和643 nm处吸收峰的吸收截面分别是1.13×10^-20 cm²和0.84×10^-20 cm², J-O理论分析得到了晶场强度参数Ω_t(t=2、4、6)、辐射跃迁几率、荧光分支比和辐射寿命。在448 nm氙灯激发下,经计算得到该晶体在546 nm、650 nm 和752 nm处的发射截面分别为10.450×10^-21 cm²、8.737×10^-21 cm²和5.965×10^-21 cm²,测得⁵F₄和⁵F₅能级的寿命分别为33.5 μs和17.7 μs。在640 nm LD泵浦激发下,经计算得到该晶体2 031 nm处发射截面为5.375×10^-21 cm²,2 847 nm处发射截面为10.356×10^-21 cm²,测得⁵I₇和⁵I₆ 能级的寿命分别为4.37 ms 和1.85 ms。以上结果表明,多孔坩埚温梯法能够大大提高激光晶体稀土离子掺杂浓度筛选的效率,加快新型激光晶体材料的研发速度。     

Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合材料摩擦磨损性能研究

采用热压烧结技术制备了Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合陶瓷材料,对其力学性能、摩擦磨损性能进行测试,用扫描电镜(SEM)对其磨损表面进行观察.结果表明:Al2O3/Cr3 C2/Ti(C,N)复合陶瓷材料具有良好的综合力学性能,在与硬质合金YG8环块摩擦中表现出较高的减摩抗磨性能,摩擦系数与磨损率较单相Al2O3降低近一半.对其磨损机理研究认为,磨粒磨损为主要磨损机制,高的强度和韧性是其具有良好耐磨性能的主要原因.     

不同厚度TiN薄膜摩擦学性能研究

用中频磁控溅射镀膜机制备得到了各种厚度不同的TiN薄膜,研究了TiN薄膜的纳米硬度、膜基结合力、摩擦系数以及综合摩擦磨损性能。实验表明:用中频非平衡磁控溅射制备的TiN薄膜表面光滑,缺陷较少。但是,随着沉积厚度的增加,薄膜可能因内应力过大导致薄膜脱落;薄膜厚度随沉积时间延长而增大,但薄膜纳米硬度基本不变,约为21 GPa;划痕实验临界载荷随薄膜厚度增大逐渐增大,膜基结合力有所增强;但是如果薄膜太厚,可因内应力增大而膜基结合力减弱;材料摩擦系数随摩擦磨损实验所加载载荷不同而不同。在不同载荷下,所得摩擦系数分别对应薄膜、过渡层和基体材料的摩擦系数。在20 g、50 g、100 g不同载荷下,薄膜、过渡层和基体的摩擦系数分别为0.05、0.41、0.69;随薄膜厚度增加,在所加载载荷下,材料的综合抗磨损性能增强。     

高纯低位错密度单晶金刚石的制备与表征

金刚石以高导热率、强抗辐射性、高的电子迁移率等优异性能，成为辐射探测器最合适的材料之一。探测器级的金刚石要求具有极低的杂质含量及位错密度等，然而实际过程中同时实现杂质和位错的控制十分困难。本研究采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法，通过前期的参数优化，在最佳生长温度780℃、最佳甲烷浓度5%条件下，在两个高质量高温高压(HPHT)金刚石衬底样品上进行了MPCVD金刚石生长，并对衬底和生长层的氮杂质含量与缺陷结构进行了综合表征与分析。电子顺磁共振谱结果表明，相比两个HPHT衬底样品的氮杂质原子百分数分别为7.1×10^-6%和4.04×10^-6%,MPCVD生长层的氮杂质原子百分数明显减少，分别为2.1×10^-7%和5×10^-8%。由X射线摇摆曲线和白光形貌术测试结果发现，尽管MPCVD生长过程中引入了部分位错，使生长层应力增加，畸变区域较多，但总体位错与高质量衬底为同一数量级。本研究制备的高纯单晶金刚石有望应用于核辐射探测及半导体领域。     

电沉积制备金属锡薄膜负极材料及其电化学性能研究

通过电沉积法,控制电流密度在铜箔上得到不同形貌的金属锡薄膜,采用扫描电子显微镜、X射线衍射、恒流充放电测试、循环伏安、交流阻抗法对其进行物理和电化学性能表征。结果表明:当电流密度为2 mA/cm²,所得金属锡薄膜表面最为致密,结晶度最高;将其作为负极材料组装成CR2025扣式电池,首次放电比容量为752 mAh/g,库伦效率为81.65%;30个循环后,放电比容量仍然维持在350 mAh/g。此外,该金属锡薄膜电极具有较高的电子导电性和锂离子扩散能力,其电荷转移电阻和锂离子扩散系数分别为113.3 Ω和8.968×10^-17 cm²/s。     

高功率CO2激光器CVD金刚石窗口制备研究

本文研究制备了可应用于高功率CO₂激光器的CVD金刚石窗口。首先使用环形天线-椭球谐振腔式MPCVD装置沉积制备直径2英寸(1英寸=2.54 cm)金刚石自支撑膜,然后将膜片双面抛光,激光切割成矩形基片,再采用蒸镀法在基片表面制备中心波长在10.6 μm的增透膜,最终制备得到金刚石光学窗口。采用傅里叶红外透射谱、热导仪、爆破试验台测试了金刚石基片镀膜前后的红外透过率、热导率和爆破强度。利用自行搭建的光学平台,测试了CVD金刚石基片增透膜能承受的激光功率密度。结果显示CVD金刚石基片在10.6 μm处的透过率为70.9%,利用光谱计算的吸收系数为0.06 cm^-1,热导率＞19.5 W/(cm·K),爆破强度＞5.62 MPa,镀膜后的透过率为99.2%,增透膜可承受的激光功率密度＞995 W/mm²。     

甲烷流量对类富勒烯碳基薄膜结构与摩擦学性能的影响

以甲烷为前驱体,采用等离子体增强化学气相沉积( PECVD)技术沉积类富勒烯碳基( FL-C∶H)薄膜于单晶硅基底材料表面。利用高分辨透射电镜( HRTEM)和拉曼光谱仪( Ramman)对薄膜的结构形貌进行表征;通过原位纳米力学测试系统和摩擦磨损试验机分析比较薄膜在不同甲烷流量的情况下的力学特征及摩擦学特性。实验结果表明：所制备的碳基薄膜具有类富勒烯纳米结构特征,甲烷流量对类富勒烯碳基薄膜( FL-C∶H)的结构和性能具有较大的影响;薄膜的弹性模量、硬度以及薄膜中的类富勒烯结构随着甲烷流量的增加而减小,但是摩擦系数对甲烷流量的变化不敏感。     

基于摩擦磨损的KDP晶体固结磨料抛光垫优化

本文通过固结磨料球与KDP晶体对磨的单因素试验探究固结磨料球中反应物种类、磨粒浓度、反应物浓度、基体硬度对摩擦系数、磨痕截面积和磨痕处粗糙度的影响,试验结果表明:KHCO₃固结磨料球对磨后磨痕对称性好,磨痕处的粗糙度值低;磨痕截面积随磨粒和反应物浓度的增加而增大,随基体硬度的增大而降低;磨痕处粗糙度随磨粒和反应物浓度的增加先降低后上升,随基体硬度的增大先上升后降低;摩擦系数受磨粒和反应物浓度影响不明显,随基体硬度的增大而降低。选择KHCO₃作为反应物,Ⅰ基体,磨粒浓度为基体质量的100%,反应物浓度为15%制备固结磨料球与KDP晶体对磨后的磨痕轮廓对称度好且磨痕处粗糙度值低,以该组分制备固结磨料垫干式抛光KDP晶体,可实现晶体表面粗糙度Sa值为18.50 nm,材料去除率为130 nm/min的高效精密加工。     

CsPbBr3单晶薄膜制备及其X射线探测性能研究

X射线探测在医疗、工业无损检测、国土安全等领域具有重要意义。制备高灵敏度的X射线探测器可以降低X射线剂量,在医疗和安检中至关重要。本文系统研究了采用空间限域法制备的高质量CsPbBr₃单晶薄膜,并用该薄膜制备出了性能良好的X射线探测器。借助偏光显微镜、扫描电子显微镜及其配备的能谱系统和背散射电子衍射系统对薄膜的形貌、厚度、成分和取向进行了分析。研究发现所制备的单晶薄膜表面平整、光滑,元素分布均匀,晶体取向均一。利用该薄膜制备的探测器具有较高电阻率(约7.23×10⁸ W·cm)和极高的灵敏度(约2 610 μC·Gy^-1·cm^-2)。     

钆镱共掺杂铝酸钇晶体的生长及性能研究

采用单晶提拉法成功生长出优质的Gd³⁺/Yb³⁺共掺铝酸钇晶体。对晶体的结构、分凝系数、光谱和激光性能进行了表征,结果表明:所生长的晶体空间群为Pnma,属于正交晶系,Yb³⁺的分凝系数为1.13。从偏振吸收和荧光光谱发现,b偏振方向时,晶体在980 nm处吸收截面为2.14×10^-20 cm²,适用于InGaAs 激光二极管泵浦;在1 044 nm处的发射截面为0.39×10^-20 cm²,荧光寿命为1.638 ms。此外,对b切向的Gd/Yb∶YAP晶体进行激光实验,在1 μm处实现连续激光输出,斜率效率为23.5%,最大输出功率可达0.51 W。     

Er:Lu2O3单晶的导模法生长及性能表征

本文以高纯Lu₂O₃、Er₂O₃为原料,使用自主设计、制造的自动等径导模炉,采用导模法(EFG)生长了φ25 mm×20 mm的7.82%(原子数分数)Er:Lu₂O₃单晶,分凝系数为0.92,并探索了退火条件。X射线衍射仪(XRD)结果为纯相,X射线荧光光谱仪(XRF)结果证明杂质含量较低。利用吸收光谱计算在972 nm及1 535 nm附近的吸收截面,分别为3.24×10^-21 cm²、8.43×10^-21 cm²,半峰全宽(FWHM)分别为28.22 nm、27.31 nm。热学性能测试结果表明,在30 ℃时热导率为13.28 W·m^-1·K^-1。利用扫描电子显微镜(SEM)对晶体表面微观形貌进行了表征。     

Growth of nitrogen-doped p-type ZnO films by spray pyrolysis and their electrical and optical properties

Nitrogen-doped ZnO films were deposited on silicon (1 0 0) substrate using zinc acetate and ammonium acetate aqueous solution as precursors by ultrasonic spray pyrolysis. Successful p-type doping can be realized at optimized substrate temperature. The p-type ZnO films show excellent electrical properties such as hole concentration of 10¹⁸ cm⁻³, hole mobility of 10² cm² V⁻¹ s⁻¹ and resistivity of 10⁻² Ω cm. In the photoluminescence measurement, a strong near-band-edge emission was observed, while the deep-level emission was almost undetectable in both undoped and N-doped ZnO films. The growth and doping mechanism of N-doped ZnO films were discussed.