SiC掺杂MgB_2的烧结过程及其动力学分析

SiC掺杂MgB2体系由于其优异的超导性能而受到普遍关注并成为超导领域中一大研究热点,但是目前的研究大多集中在SiC对MgB2超导性能的影响上,对SiC的加入对MgB2烧结过程的影响研究很少.本文结合差热分析和物相鉴定,系统研究了SiC掺杂MgB2体系的烧结过程,并在此基础上探究了其反应动力学机理.结果表明,在烧结过程中Mg先和B发生反应,随着温度的升高在Mg和B还没有反应完全的时候SiC和Mg继而开始反应.反应动力学分析表明该体系的固相反应阶段为相界面控制反应过程,其表观活化能为547.5KJ/mol,指前因子为5.76×1015min-1.     

放电等离子烧结制备ZrB2-SiC超高温陶瓷的力学性能及氧化行为

在服役环境中,超高声速飞行器表面与空气剧烈摩擦导致温度极高。超高温陶瓷相较于一般陶瓷而言具有高熔点和良好的抗氧化烧蚀性能,是目前极具前景的热防护材料之一。采用放电等离子两步烧结工艺将ZrB2纳米粉末和SiC粉末在1700℃下制备超高温陶瓷材料ZrB2-20%SiC,通过纳米压痕微观实验、三点弯实验研究其力学性能及其在高温环境下的氧化行为,着重分析1000、1200、1400和1600℃4种不同氧化温度下ZrB2-20%SiC超高温陶瓷的氧化表面、氧化截面和氧化层厚度。结果表明:ZrB2-20%SiC超高温陶瓷的硬度为18 GPa,弹性模量为541 GPa,断裂韧性为5.7 MPa·m1/2;当氧化温度为1600℃时,超高温陶瓷内部的SiC由被动氧化转变为主动氧化,并且随着氧化温度升高,超高温陶瓷氧化层厚度与氧化温度呈正相关。     

SiC Schottky结反向特性的研究

对Ti/6H-SiC Schottky结的反向特性进行了测试和理论分析，提出了一种综合的包括SiC Schottky结主要反向漏电流产生机理的反向隧穿电流模型，该模型考虑了Schottky势垒不均匀性、Ti/SiC界面层电压降和镜像力对SiC Schottky结反向特性的影响，模拟结果和测量值的相符说明了以上所考虑因素是引起SiC Schottky结反向漏电流高于常规计算值的主要原因.分析结果表明在一般工作条件下SiC Schottky结的反向特性主要是由场发射和热电子场发射电流决定的.     

石墨烯过渡层对金属/SiC接触肖特基势垒调控的第一性原理研究

由于SiC禁带宽度大,在金属/SiC接触界面难以形成较低的势垒,制备良好的欧姆接触是目前SiC器件研制中的关键技术难题,因此,研究如何降低金属/SiC接触界面的肖特基势垒高度(SBH)非常重要.本文基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合平均静电势和局域态密度计算方法,研究了石墨烯作为过渡层对不同金属(Ag,Ti,Cu,Pd,Ni,Pt)/SiC接触的SBH的影响.计算结果表明,单层石墨烯可使金属/SiC接触的SBH降低;当石墨烯为2层时,SBH进一步降低且Ni,Ti接触体系的SBH呈现负值,说明接触界面形成了良好的欧姆接触;当石墨烯层数继续增加,SBH不再有明显变化.通过分析接触界面的差分电荷密度以及局域态密度,SBH降低的机理可能主要是石墨烯C原子饱和了SiC表面的悬挂键并降低了金属诱生能隙态对界面的影响,并且接触界面的石墨烯及其与金属相互作用形成的混合相具有较低的功函数.此外,SiC/石墨烯界面形成的电偶极层也可能有助于势垒降低.     

SiC纳米纤维/C/SiC复合材料拉伸行为的分子动力学研究

本文采用分子动力学计算方法和Tersoff作用势研究了无定型碳(amorphous carbon, a-C) 涂层厚度对SiC纳米纤维/SiC纳米复合材料断裂方式及力学性能的影响. 分析结果发现, 随着涂层厚度的增加, 纳米纤维的平均应力集中系数下降, 即足够厚度涂层可以同时起到增强和补韧的作用. 当a-C涂层厚度t ≤ 0.3 nm时, 裂纹直接穿透纤维, 纳米复合材料表现出典型的脆性断裂方式; t = 4.0 nm时, 裂纹发生偏转, SiC纳米纤维发生拔出现象, 此时纳米复合材料的拉伸强度约为无涂层纳米复合材料的4倍, 断裂能则提高一个数量级. 计算结果表明, a-C涂层的厚度是SiC纳米纤维/SiC纳米复合材料中产生韧性机理的重要因素, 即传统微米级陶瓷基复合材料的增韧理论在纳米复合材料中仍适用. 研究结果可望为设计同时具有高强度、高韧性的陶瓷基纳米复合材料提供理论基础.     

SiC纤维增强Ti17合金复合材料轴向残余应力的拉曼光谱和X射线衍射法对比研究

准确测量和分析SiC纤维增强Ti合金复合材料(SiC_f/Ti)中残余应力状态对优化复合材料的成型工艺和理解其失效模式具有重要意义,但其残余应力的实验测量和分析仍是一个挑战.石墨C涂层作为SiC纤维与Ti17基体合金之间必需的扩散障涂层,承载了由纤维与基体之间热不匹配引入的残余应力.本文采用显微拉曼光谱法对比测量纤维表面C涂层在复合材料中和去掉基体无应力态下G峰的峰位,通过石墨C涂层应力态下峰位移动计算出SiCf/C/Ti17复合材料中SiC纤维受到～705.0 MPa的残余压应力.采用X射线衍射方法测量了不同方向上该复合材料中基体钛合金的晶面间距以获取其空间应变,根据三轴应力模型分析了复合材料中基体钛合金沿轴向方向的残余应力为～701.3 MPa的张应力,并通过线性弹性理论转化为SiC纤维的残余压应力为～759.4 MPa.两种测试方法都确定了SiC纤维在成型过程中受到残余压应力,且获得的应力值较为接近,都可以用于对SiC_f/Ti复合材料的残余应力测量.     

石墨烯过渡层对金属/SiC接触肖特基势垒调控的第一性原理研究

由于SiC禁带宽度大,在金属/SiC接触界面难以形成较低的势垒,制备良好的欧姆接触是目前SiC器件研制中的关键技术难题,因此,研究如何降低金属/SiC接触界面的肖特基势垒高度(SBH)非常重要.本文基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合平均静电势和局域态密度计算方法,研究了石墨烯作为过渡层对不同金属(Ag,Ti,Cu,Pd,Ni,Pt)/SiC接触的SBH的影响.计算结果表明,单层石墨烯可使金属/SiC接触的SBH降低;当石墨烯为2层时,SBH进一步降低且Ni,Ti接触体系的SBH呈现负值,说明接触界面形成了良好的欧姆接触;当石墨烯层数继续增加,SBH不再有明显变化.通过分析接触界面的差分电荷密度以及局域态密度,SBH降低的机理可能主要是石墨烯C原子饱和了SiC表面的悬挂键并降低了金属诱生能隙态对界面的影响,并且接触界面的石墨烯及其与金属相互作用形成的混合相具有较低的功函数.此外,SiC/石墨烯界面形成的电偶极层也可能有助于势垒降低.     

TiN/SiC纳米多层膜的生长结构与力学性能

研究了TiN/SiC纳米多层膜中立方SiC（B1cubic SiC）的形成及其对TiN/SiC多层膜力学性能的影响.结果表明：在TiN/SiC多层膜中，非晶态的SiC层在厚度小于0.6nm时形成立方结构并与TiN形成共格外延生长的超晶格柱状晶，使多层膜产生硬度和弹性模量显著升高的超硬效应，最高硬度超过60GPa.SiC随着层厚的增加转变为非晶相，从而阻止了多层膜的共格外延生长，使薄膜呈现TiN纳米晶和SiC非晶组成的层状结构特征，同时多层膜的硬度和弹性模量下降.TiN/SiC纳米多层膜产生的超硬效应与立方 关键词： 立方碳化硅 TiN/SiC纳米多层膜 外延生长 超硬效应     

电站锅炉中粉煤灰与SiC耐火材料结渣性研究

本文主要研究含Cr2O3的硅酸锆结合SiC耐火材料的抗粉煤灰侵蚀规律,将两种不同的粉煤灰平铺在SiC耐火材料上,作用温度为1250～1450 ℃,保温时间为40小时,然后用视频光学显微镜和XRD衍射图谱来确定其显微结构和物相组成,初步实验结果表明SiC质耐火材料具有较好的抗煤灰侵蚀性能.     

SiC外延层表面化学态的研究

用高分辨X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪研究了SiC外延层表面的组分结构. XPS宽扫描谱,红外掠反射吸收谱及红外镜面反射谱的解析结果说明SiC外延层表面是由Si—O—Si和Si—CH₂—Si聚合体构成的非晶SiC_xO_y:H. SiC外延层表面的化学态结构为Si(CH₂)₄,SiO(CH₂)₃,SiO₂(CH₃)₂,SiO₃(CH₃),Si—Si,游离H₂O,缔合OH,Si—OH,O和O₂. 根据化学态结构和元素电负性确定了化学态的各原子芯电子束缚能顺序,并与XPS窄扫描谱拟合结果相对比,建立了化学态与其束缚能的对应关系,进而用Si(CH₂)₄的实际C 1s束缚能值进行校正,确定了各化学态的束缚能. 结果发现,除了SiC_xO_y(x=1,2,3,4,x+y=4)的Si 2p束缚能彼此不同外,其C 1s和O 1s彼此也不相同,其中SiO₂(CH₃)₂和SiO₃(CH₃)的C 1s束缚能与CH_m和C—O中C 1s的相近,对此从化学态结构,元素电负性和邻位效应进行了解释. 关键词： SiC 化学态 XPS FTIR     

SiC过渡层制备温度对碳化硅/氟化类金刚石复合薄膜血液相容性的影响

以316L不锈钢为基底,SiC晶体为靶材,Ar为源气体,采用磁控溅射法在不同温度下制备出系列SiC过渡层.然后以高纯石墨作靶,Ar和CHF_3为源气体,在同一工艺条件下再续镀一层氟化类金刚石(F-DLC)薄膜,形成SiC/F-DLC复合薄膜.研究表明,相比于F-DLC薄膜,复合薄膜的附着力显著增加,血液相容性明显改善.通过样品的拉曼和红外光谱分析了不同温度下制备的SiC过渡层以及复合薄膜结构的演变.结果表明,控制SiC过渡层制备温度可以有效调制过渡层中C=C键的比例以及—C—C—不饱和键的密度,复合薄膜中保留较高比例的芳香环式结构以及合适的F/C比是薄膜的血液相容性得以进一步改善的原因,SiC过渡层制备温度控制在500℃左右效果尤为明显.SiC薄膜和F-DLC两种薄膜的界面处形成一定比例的Si—C键和C=C键是导致复合薄膜附着力显著上升的直接原因.适当条件下在316L不锈钢和F-DLC薄膜之间增加SiC过渡层对于增强薄膜的附着力、改善其血液相容性是可行、有效的.     

SiC/SiC复合材料第一壁热工设计

以日本原子力研究所那珂研究所聚变堆设计室进行的先进稳态托卡马克聚变堆2（A－SSTR2）概念设计为基础，对SiC/SiC复合材料包层／第一壁热工设计进行了分析计算。通过选取各种几何位形和材料敏感特性参数，用有限元法进行了大量的热工计算，以最高温度、最大热应力为基础建立了包层／第一壁设计窗口，选取了满足热工要求的最佳设计方案，对今后的工程设计具有指导作用和重要的参考价值。     

纳米C和SiC掺杂对MgB2带材超导性能的影响

采用X射线衍射仪，扫描电镜，超导量子干涉仪等仪器对纳米C和SiC掺杂的MgB₂带材进行了表征，并采用标准四引线法对样品的临界电流进行了测试. 实验表明，C和SiC掺杂在提高MgB₂带材高场下的临界电流密度方面具有显著效果. 在温度为4.2 K、磁场大于9 T条件下，C和SiC掺杂样品的临界电流密度与未掺杂样品相比均提高一个数量级以上. 掺杂样品高磁场下良好的临界电流性能主要归因于C对B的替代所产生的晶格畸变、位错等缺陷和局部成分变化而导致的有效晶内钉扎作用. 实验结果表明，SiC掺杂的MgB2带材之所以具有非常好的高场电流特性，和C掺杂的样品一样， C对B的替代起到十分关键的作用. 关键词： 2带材')" href="#">MgB₂带材 C掺杂 SiC掺杂 临界电流性能     

KD-S型SiC纤维表面BN界面层Raman光谱研究

由于SiC纤维具有高强度、高模量、强抗化学腐蚀性等优越性能,因此广泛用于陶瓷基复合材料的增强当中。但在高温下制备复合材料,容易使纤维与基体之间形成牢固的附着力,导致复合材料力学性能差,因此需要界面层使纤维与基体间的结合足够弱。BN具有良好的耐热性、抗氧化性和微裂纹自愈合能力,可用于解决SiC纤维增强SiC基复合材料的界面问题。CVD法是常用的制备BN界面层的工艺方法。本文以BCl3-NH_3为原料,在较低温度下通过CVD工艺制备了BN界面层。     

SiC埋层的制备及其红外吸收特性

采用metal vapor vacuum arc离子源的离子束合成方法，对单晶Si衬底注入C^＋离子，获得不同剂量下的SiC埋层．C^＋离子束的引出电压为50kV，注入的剂量为3.0×10¹⁷—1.6×10¹⁸cm^-2．通过红外吸收谱的测试和分析，表明SiC埋层的结晶程度依赖于剂量的大小．研究证实，可以在较低的平均衬底温度下（低于400℃）得到含立方相结构的SiC埋层． 关键词：     

自催化沉积非晶态复合材料的组成与晶化特性研究

用自催化沉积非晶态(Ni,Cu)_100-xP_x+SiC复合材料,研究了复合材料的组成与晶化特性,结果表明,当x>14或者SiC体积分数小于12.8%时,复合材料即保持非晶态;时效温度达到603—618K,复合材料逐渐向晶态过渡,晶化相为fc c Ni和Ni_yP_z,稳定组织为(Ni,Cu)P+Ni₃P+SiC.较非晶态复合材料,晶态材料具有更高的力学性能. 关键词：     

Al2O3添加量对超高压烧结SiC的影响

碳化硅陶瓷具有高温强度大、抗氧化性强、耐磨损性好、热膨胀系数小、硬度高以及抗热震和耐化学腐蚀等优良特性，已经在很多领域获得应用。文中探索采用超高压烧结工艺烧结低Al2O3助剂添加量（质量分数O%-7％）的纳米SiC粉末，研究了烧结体的物相组成、化学成分、显微结构及显微硬度等。     

Low specific contact resistance on epitaxial p-type 4H-SiC with a step-bunching surface

This paper reports the performances of Ti/Al based ohmic contacts fabricated on highly doped p-type 4H-Si C epitaxial layer which has a severe step-bunching surface. Different contact schemes are investigated based on the Al:Ti composition with no more than 50 at.% Al. The specific contact resistance(SCR) is obtained to be as low as 2.6 × 10-6?·cm2for the bilayered Ti(100 nm)/Al(100 nm) contact treated with 3 min rapid thermal annealing(RTA) at 1000℃. The microstructure analyses examined by physical and chemical characterization techniques reveal an alloy-assisted ohmic contact formation mechanism, i.e., a high degree of alloying plays a decisive role in forming the interfacial ternary Ti3SiC2dominating the ohmic behavior of the Ti/Al based contact. Furthermore, a globally covered Ti3SiC2layer with(0001)-oriented texture can be formed, regardless of the surface step bunching as well as its structural evolution during the metallization annealing.     

GaN/SiC异质结的慢正电子研究

通过对不同生长厚度GaN/SiC(n-n)的慢正电子研究,发现在GaN/SiC的界面中存在大量各种缺陷并在界面两端形成两个不同方向的电场. 这些缺陷的产生和SiC衬底表面制备以及GaN和SiC不同的热膨胀系数有关. 而缺陷中大量的带状缺陷在界面中形成一个费米能级钉扎(Fermi level pinning),它的存在使界面中存在一定高度的势垒,导致在界面两端的一定区域内形成两个不同方向的电场. 用VEPFIT模拟该电场的存在,分四层(GaN/Interface/SiC1/SiC2)进行拟合,得到了很好的拟 关键词： 正电子湮没 缺陷 半导体     

铁钛共掺强韧化蓝宝石晶体的研究

研究了铁钛共掺蓝宝石(Fe, Ti: Sapphire)晶体的常温力学性能. 采用泡生法技术生长了尺寸为ø180 × 280 mm³质量为30 kg的 Fe, Ti: Sapphire晶体. 实验发现, 在蓝宝石晶体中掺入Fe₂O₃和TiO₂以及相应的热处理可以显著提高晶体常温断裂强度、表面硬度和断裂韧性, 而不损害晶体的可见和近红外透过性能; 掺入的Fe₂O₃其Fe³⁺对Al³⁺ 的取代作用导致晶体内应力的增加, 掺入的TiO₂其Ti⁴⁺ 热处理时结晶出的第二相针状晶体的韧化效应, 均对Fe, Ti: Sapphire晶体的力学性能的提高具有重要作用. 研究对我国实现高强蓝宝石晶体应用材料具有重要现实意义. 关键词： 蓝宝石晶体 力学性能 铁钛共掺 热处理