界面对ZrN/TaN纳米多层膜固氦性能的影响

采用射频磁控溅射方法, 在混合气氛下制备了ZrN/TaN多层膜. 利用X射线衍射、慢正电子束分析、增强质子背散射、扫描电子显微镜, 分别对ZrN/TaN多层膜中相结构、氦相关缺陷、氦含量、截面形貌等进行了分析. 结果表明, 调制周期为30 nm的ZrN/TaN多层膜在600℃退火后, 氦的保持率仍能达到45.6%. 在适当的调制周期下, ZrN/TaN多层膜能够耐氦损伤并且其界面具有一定的固氦性能. 关键词： ZrN/TaN 纳米多层膜 界面 固氦     

界面结构对Cu/Ni多层膜纳米压痕特性影响的分子动力学模拟

金属多层膜调制周期下降到纳米级时,其力学性质会发生显著改变. Cu-Ni晶格失配度约为2.7%,可以形成共格界面和半共格界面,实验中实现沿[111]方向生长的调制周期为几纳米且具有异孪晶界面结构的Cu/Ni多层膜,其力学性质发生显著改变.本文采用分子动力学方法对共格界面、共格孪晶界面、半共格界面、半共格孪晶界面等四种不同界面结构的Cu/Ni多层膜进行纳米压痕模拟,研究压痕过程中不同界面结构类型的形变演化规律以及位错与界面的相互作用,获取Cu/Ni多层膜不同界面结构对其力学性能的影响特征.计算结果表明,不同界面结构的样品在不同压痕深度时表现出的强化或软化作用机理不同,软化机制主要是由于形成了平行于界面的分位错以及孪晶界面的迁移,强化机制主要是由于界面对位错的限定作用以及失配位错网状结构与孪晶界面迁移时所形成的弓形位错之间的相互作用.     

界面和择优取向对TiN/ZrN纳米多层膜硬度变化的影响

利用射频反应磁控溅射方法，制备了调制比约为4，调制周期不同的一系列TiN/ZrN纳米多层膜. 利用X射线衍射仪(XRD)、高分辨电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕仪(Nanoindentation)对多层膜的调制结构、界面状态和力学性能进行了表征. 研究结果表明TiN/ZrN多层膜具有很好的调制结构，但是在TiN层和ZrN层之间存在一定厚度的界面混合层. 力学性能分析表明：当调制周期小于15 nm时，TiN/ZrN多层膜的硬度介于单一TiN和ZrN薄膜的硬度之间；当调制周期为15.24 nm时，硬度达到最大，但随着调制周期增加，多层膜的硬度基本上保持为常数. 分析了TiN/ZrN多层膜硬度变化的机制，认为界面厚度和择优取向是导致硬度变化的主要原因. 关键词： TiN/ZrN多层膜 界面宽度 择优取向 硬度变化     

调幅W(Mo)/Cu纳米多层膜He+离子辐照响应行为

用磁控溅射技术制备不同调幅波长 (L) 的W(Mo)/Cu纳米多层膜,所制膜系在60 keV氦离子 (He⁺) 辐照条件下注入不同剂量: 0, 1×10¹⁷ He⁺/cm², 5×10¹⁷ He⁺/cm². 用X射线衍射仪 (XRD) 和高分辨透射电子显微镜(TEM)表征W(Mo)/Cu纳米多层膜辐照前后微观结构. 研究结果表明: 1) He⁺离子轰击引起温升效应是导致沉积态亚稳相β-W 转变成稳态 α-W相的主因, 而与调幅波长无明确关联; 2) 纳米多层结构中W(Mo) 和Cu膜显现出的辐照耐受性与调幅波长相关, 调幅波长越小, 抗He⁺的辐照性能越强; 3) 在5×10¹⁷ He⁺/cm²注入条件下, 观察到He团簇/泡在纳米结构W(Mo) 和Cu膜中的积聚行为存在明显差异: 在W (Mo) 膜中He团簇/泡的分布与晶粒取向相关, He团簇/泡倾向于沿W (211) 晶面分布; 而Cu膜非晶化且He团簇/泡在其体内呈均匀分布. 关键词： W(Mo)/Cu纳米多层膜 +辐照')" href="#">He⁺辐照 He团簇/泡 相转变     

Fe/Si多层膜的层间耦合与界面扩散

对以本征Si及重掺杂ｐ型和ｎ型Si作为中间层的Fe/Si多层膜的层间耦合进行研究，并通过退火，增大Fe，Si之间的扩散，分析界面扩散对层间耦合的影响. 实验结果表明，层状结构良好的制备态的多层膜，Fe，Si之间也存在一定程度的扩散，它是影响层间耦合的 主要因素，远远超过了半导体意义上的重掺杂，使不同种类的Si作为中间层的层间耦合基本 一致.进一步还发现，在一定范围内增大Fe，Si之间的扩散，即使多层膜的层状结构已经有了相当的退化，Fe/Si多层膜的反铁磁耦合强度基本保持不变. 关键词： Fe/Si多层膜 层间耦合 界面扩散     

抗辐照纳米多层膜研究进展

大量研究表明,晶界和界面可以作为吸收缺陷(如空位、间隙原子) 的“陷阱”,因此含有大量晶界、界面的纳米晶、金属和氮化物纳米多层膜,具备良好的自愈合抗辐照能力,从而成为近年来的研究热点。综述了抗辐照纳米多层膜的研究进展,内容包括:材料的设计与制备,各种辐照模拟手段(如中子辐照、离子辐照和多束离子辐照)。重点介绍了离子束辐照模拟反应堆辐照,多层膜在离子束辐照下的行为(如微观结构和机械性能的演变) 及纳米多层膜抗辐照机理。通过对CrN/AlTiN 多层膜的离子辐照,验证了纳米多层膜中界面对缺陷的吸收作用。对纳米多层膜未来研究方向做了展望。Numerous studies show that interface can serve as effective sinks for radiation-induced defects such as interstitials and vacancies. Owning a large number of interfaces, multilayer nanofilms attract a great research interest. In this paper, we review recent research progress on the development of the multilayer nanofilms for the purpose of radiation tolerance. The paper includes following parts: how to design and prepare multilayer nanofilms materials; evaluation with radiation simulation, such as neutron irradiation, ion irradiation and multi-beam ion irradiation; behaviors of multilayer nanofilms under ion beam irradiation, such as microstructure evolution and changes in mechanical properties; theoretical study on the mechanism of radiation tolerance of multilayer nanofilms. Finally, the challenge and future research directions are briefly discussed.     

小波变换表征多层膜氧化层、界面层和膜厚漂移

用小波变换的方法分析了纳米多层膜的X射线掠入射反射率测试曲线.从小波变换的自相关函数峰位和峰强度信息中得到了常规曲线拟合方法难以表征的含有氧化层、界面层或厚度漂移的多层膜结构,利用其作为多层膜的初始结构再进行常规的曲线拟合,可实现多层膜结构精确表征的目的.研究成功地鉴别出钒单层膜的表面存在约3 nm厚的氧化层,分析得到Mo/Si多层膜的界面纯粗糙度约0.42 nm,表明在Ni/C多层膜中接近表面和基底的膜层存在大于5%的厚度漂移.     

溅射压强对TiN/SiNx纳米多层膜微观结构及力学性能的影响

利用磁控溅射方法在不同溅射压强条件下制备了TiN/SiN_x纳米多层膜.多层膜的微观结构及力学性能分别用X射线衍射仪、原子力显微镜及纳米压痕仪来表征.结果表明随着溅射压强的增大,多层膜的界面变模糊,TiN层的择优取向由(200)晶面过渡到(111)晶面.与此同时,多层膜的表面粗糙度增大,硬度和弹性模量随溅射压强的增大而减小.多层膜力学性能的差异主要是由于薄膜的周期性结构及致密度存在差异所致. 关键词： x多层膜')" href="#">TiN/SiN_x多层膜 界面宽度 表面形貌     

纳米磁性多层膜研究进展

纳米磁性多层膜具有许多体材料所没有的特殊性质．它的出现为理论工作者研究物质的磁学性质提供了崭新的途径，更重要的是它将作为一种有巨大潜力的信息存贮介质而走上磁记录和磁光记录的舞台，并具有广阔的应用前景．该文是对纳米磁性多层膜出现近十年来各主要研究领域工作的一简要综述．     

利用多层膜生长技术制备纳米印章模板

在纳米印章技术中，为克服电子束刻蚀制备50nm以下线条的技术难点，利用等离子增强化学 气相沉积技术制备了a-Si/SiN_x多层膜，再利用选择性湿法腐蚀或干法腐蚀在横 截面上制备出浮雕型一维纳米级模板. 多层膜子层之间界面清晰陡峭，可以在纳米量级对子 层厚度进行控制，得到了侧壁在纳米尺度上平滑的模板. 通过控制多层膜子层的生长时间， 制备出线条宽度和槽状宽度均为20nm的等间距模板，品质优于电子束刻蚀技术制备的模板. 关键词： 纳米印章模板 多层膜生长技术     

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采用了两步热等静压法制备W/Cu 穿管部件,即先用热等静压(930℃,100MPa,2h)在钨块的孔内壁上覆一层无氧铜作为中间层,然后再用热等静压工艺(600℃,100MPa,2h)把W/Cu 复合块与CuCrZr 管串接起来。经过高热负荷辐照测试,部件经受住了1000 次10MW•m−2 高热负荷的辐照,满足使用要求。     

W/Cu梯度功能材料的高热负荷性能研究

用等离子体喷涂和热压方法制作了W/Cu梯度功能材料(FGM)样品,用大功率ND∶YAG激光对其进行了高热负载模拟实验.结果表明,在100～400MW@m-2的瞬时(脉冲宽度为4ms)热负载下,经过200～700次热循环,未发现有W-Cu复合体开裂.在123MW@m-2的功率密度下作用700次,发现钨表面有再结晶现象及严重的晶界腐蚀和裂纹,再结晶的平均晶粒尺寸约为5～10μm,垂直于表面呈柱状结构,再结晶层厚度约20～30μm.由于激光的淬冷效应,晶粒生长的趋势并不明显.在398MW@m-2功率密度下出现了明显的腐蚀坑,坑内呈疏松的蜂窝结构,坑的边缘出现了明显沉积区,能谱分析表明沉积区集聚了大量的金属杂质.等离子体喷涂试样比热压试样更易产生晶界的断裂的裂纹.在相同的热负荷条件下,W/Cu FGM的重量损失低于石墨材料的重量损失.     

用于核聚变装置的W/Cu 穿管部件的制备与辐照性能研究

采用了两步热等静压法制备W/Cu 穿管部件,即先用热等静压(930℃,100MPa,2h)在钨块的孔内壁上覆一层无氧铜作为中间层,然后再用热等静压工艺(600℃,100MPa,2h)把W/Cu 复合块与CuCrZr 管串接起来。经过高热负荷辐照测试,部件经受住了1000 次10MW•m⁻² 高热负荷的辐照,满足使用要求。     

The chemical composition of a metal/ceramic interface on an atomic scale: The Cu/MgO {111} interface

The chemical composition profile across a Cu/MgO {111}-type heterophase interface, produced by the internal oxidation of a Cu(Mg) single-phase alloy at 1173 K, is measured via atom-probe field-ion microscopy with a spatial resolution of 0.121 nm; this resolution is equal to the interplanar spacing of the {222} MgO planes. In particular, we demonstrate directly that the bonding across a Cu/MgO {111}-type heterophase interface, along a <111> direction common to both the Cu matrix and an MgO precipitate, has the sequence Cu|O|Mg... and not Cu|Mg|O...; this result is achieved without any deconvolution of the experimental data. Before determining this chemical sequence, it was established, via high-resolution electron microscopy, that the morphology of an MgO precipitate in a Cu matrix is an octahedron faceted on {111} planes with a cube-on-cube relationship between a precipitate and the matrix; that is, {111}_Cu//{222}_MgO and <110>_Cu // <110>_MgO.     

ITER偏滤器钨/铜穿管模块的高热负荷测试及事后分析

对ITER偏滤器钨/铜穿管模块进行了高热负荷测试。测试结果表明,所有的模块都成功承受住了热负荷测试并满足了IO的要求。在高热负荷测试后,对模块进行了事后分析。发现了钨的纵向开裂和Cu/CuCrZr界面的开焊现象。断口的SEM图像表明,钨的开裂方式为脆性的沿晶开裂。通过金相学分析,发现了钨的再结晶现象和钨表面的再结晶深度。还通过有限元分析软件模拟得到了模块的温度分布,并且与实验观察的再结晶现象能够很好的对应。     

Effects of electric field annealing on the interface diffusion of Cu/Ta/Si stacks

In the present paper, the effects of electric field annealing on interface diffusion of Cu/Ta/Si stacks were studied by means of XRD, XPS and TEM. The barrier property of Ta films was evaluated based on the diffusion of Cu atoms. It was found that the external electric field accelerates the diffusion of Cu atoms through Cu/Ta/Si interfaces during annealing. With the increment of annealing temperature, the effect of the electric field upon the atomic diffusion becomes more significant. The mechanism of accelerated interface diffusion is suggested and the failure of Ta barrier layer is discussed based on the mobility of vacancies and Cu atoms inside Cu/Ta/Si stacks caused by the electric field.     

Mechanical characteristics approach on W/Cr nano-interface structure

The objective of this article is to provide an experimental test and evaluation on mechanical characteristics of the W/Cr interface. The elastic modulus and hardness of the sample are measured by a nanoindentation tester. The test results show that the elastic modulus and hardness of the sample are nonlinear with respect to the depth h of the interface structure, unlike the usual approximate horizontal linear relationship as expected. To understand the bonding characteristics between W and Cr in nanoscale, the nano-scratch test is conducted considering the influence of thermal cycling load on the sample. The test results show that interfacial bonding strengths are different between samples under different thermal cycling loading conditions. It implies that the thermal loading has the potential probability to reduce the bonding reliability of the W/Cr interface. It builds a basis for future work of further investigations on mechanical properties of W/Cr interface structure.     

The effect of two-dimensional shear flow on the stability of a crystal interface in the supercooled melt

A model is developed based on the time-related thermal diffusion equations to investigate the effects of two-dimensional shear flow on the stability of a crystal interface in the supercooled melt of pure substance. Similar to the three-dimensional shear flow as described in our previous paper, the two-dimensional shear flow can also be found to reduce the growth rate of perturbation amplitude. However, compared with the case of Laplace equation for steady state thermal diffusion field, due to the existence of time partial derivatives of the temperature fields in diffusion equation the absolute value of the gradients of the temperature fields increases, therefore destabilizing the interface. The circular interface is more unstable than in the case of Laplace equation without time partial derivatives. The critical stability radius of the crystal interface increases with shearing rate increasing. The stability effect of shear flow decreases remarkably with the increase of melt undercooling.