中频磁控溅射制备a-C：H（Al,W）薄膜及其性能研究

采用中频磁控溅射技术,以W、Al复合靶（面积比为1：1）为靶材,在氩气和甲烷混合气体中于n（100）型单晶硅表面沉积了一系列Al、W共掺杂含氢非晶碳[a-C：H（Al,W）]薄膜.分析了不同甲烷流量对薄膜成分、结构和表面形貌的影响,并表征了薄膜的力学性能和摩擦磨损行为.结果表明：随着甲烷流量的增加,薄膜中C含量呈上升趋势,而W和Al含量均呈现递减趋势,过高流量的CH₄会导致金属靶材中毒.薄膜中的sp²C和sp³C含量受W、Al以及H注入效应的共同影响.所制备的薄膜表面均较为平滑,表面粗糙度（RMS）在0.39 ~0.48 nm范围内.薄膜的纳米硬度（H）在9.98~11.37 GPa之间,弹性模量（E）介于71~93.36 GPa之间,弹性恢复系数均在70 %以上.当薄膜中W和Al的原子百分含量分别为3.74 %和2.37 %时,H/E值和H³/E²值分别为0.141和0.198,且此时薄膜在大气环境下表现出较好的减摩抗磨性能.薄膜具有适度的sp³C/sp²C比值、优异的弹性形变性能、摩擦过程中对偶球表面形成连续而致密的转移层等因素是薄膜具有良好摩擦学性能的重要原因.     

接触状态对叶根轮槽应力分布影响的研究

汽轮机叶片叶根、轮槽连接区域常因加工误差及磨损等原因导致接触状态的改变,从而改变整个区域应力分布并大大降低汽轮机的使用寿命。本文运用数字光弹性技术实验测试了长叶片叶根、轮槽在不同接触状态下的应力分布情况,同时结合有限元进行了仿真计算。结果表明,叶根、轮槽对称接触时,全部齿同时接触的应力集中系数最小且分布较均匀;而当部分接触齿产生间隙时,接触状态发生显著变化,应力集中系数明显增大;尤其是当左右齿非对称接触时,最大应力集中系数明显增大且应力分布不均匀。本文研究可为叶根、轮槽的优化设计、加工以及叶片的装配、维护提供实验依据。     

残余应力对膜基结构裂纹萌生及填充演化影响的实验研究

聚合物基底-薄膜结构被广泛应用于光电医疗、食品生物等领域.但是,在镀膜的过程中往往会因薄膜和基底之间的热膨胀性能差异、晶格失配等因素,在构件中产生残余应力,从而影响使用寿命和耐用性.为此,本文建立了考虑残余应力的单层膜基结构二维弹性应力分析模型,应用强度准则和能量准则两个判据分析裂纹的萌生及填充过程,并提出了一种在被施...     

超深硬岩地层井壁失稳的动力学分析模型：本征频率和高应力的影响

针对超深致密砂岩地层井壁动力学失稳难题,考虑孔隙流体和硬岩的压缩性、惯性及黏滞耦合作用,建立井筒压力波动条件下井周应力分布公式,建立了超深致密硬岩地层井壁坍塌指数的孔隙弹性动力学模型,分析地层本征频率与高应力对井壁失稳的影响规律。本文提出的孔隙弹性动力学模型预测的地层较传统模型预测的地层更易失稳,且高本征频率、最大地应力高的地层比一般地层更易失稳;揭示了超深硬岩地层井壁突发性失稳力学本质,可为钻井过程中井筒压力控制参数调整提供科学依据。