Al_2O_3-ZrO_2-MgAl_2O_4三元纳米复相陶瓷的微观组织和力学性能

采用溶胶-凝胶法制备Al2O3-ZrO2-MgAl2O4纳米复合粉体。利用真空热压烧结技术制备了Al2O3-30mol%ZrO2-30mol%MgAl2O4(AZ30S30)三元纳米复相陶瓷。微观组织研究表明:所得纳米复相陶瓷是一种典型的"晶间/晶内"复合型纳米结构,基体氧化铝和第二相均为等轴状,氧化铝晶间散布着氧化锆和尖晶石第二相晶粒,同时有大量的球形氧化锆小颗粒分散在基体氧化铝晶粒内。对不同晶粒尺度复相陶瓷的断裂韧性测试及纳米压痕实验表明:微米级复相陶瓷的最大硬度为22GPa,而纳米复相陶瓷具有更好的力学性能,其硬度随着晶粒尺寸的减小而增加,最大可达35GPa。微米级复相陶瓷的断裂韧性为8.9MPa.m1/2,而纳米复相陶瓷的断裂韧性为10.04MPa.m1/2,其增韧机理主要为ZrO2相变复合增韧、"内晶"型纳米颗粒韧化以及细晶韧化。

电化学沉积类金刚石薄膜阳极材料影响研究

分别由石墨、铂、铜和不锈钢制成阳极，在较低温度条件（60－70℃）下电解丙酮／去离子水混合溶液沉积类金刚石薄膜。利用台阶仪、扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDX）和拉曼光谱仪（Raman）对薄膜进行表征。结果表明：由石墨、铂作阳极制备了典型的非掺杂DLC薄膜，并且石墨阳极获得的DLC薄膜生长速率高、表面平整光滑；由铜阳极制备了铜掺杂的DLC薄膜；而在相同条件下，使用不锈钢作阳极没有获得碳薄膜。因此，阳极材料对液相电化学沉积DLC薄膜的成膜速率、表面形貌、成分和结构均有显著影响。

氩气浓度对热丝法化学气相沉积纳米金刚石膜的影响

采用热丝化学气相沉积方法,以Ar+CH4+H2混合气体作为气源,通过改变氩气浓度,在单晶硅(100)基片上沉积纳米金刚石膜;采用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱仪等分析了纳米金刚石膜的形貌、微结构以及残余应力。结果表明:随着氩气浓度的增大,膜的晶粒尺寸逐渐减小到纳米级;由于晶粒细化导致膜内残余应力由拉应力变为压应力,并且压应力随氩气浓度的增大呈现先增大后减小的趋势;当氩气体积分数为98%时,即在贫氢的气氛中成功获得了平均晶粒尺寸为54 nm、均方根粗糙度约为14.7 nm的纳米金刚石膜。

Al_2O_3-ZrO_2-Spinel三元纳米复相陶瓷超塑性变形及组织演变

采用真空热压烧结工艺制备了三元纳米复相陶瓷并进行了超塑性压缩试验。结果表明:纳米复相陶瓷中的第二相在烧结和变形过程中有效地阻止了基体Al2O3的晶粒长大。在1650℃材料表现出良好的高应变速率超塑变形能力,变形抗力小于30MPa。微观组织观察表明由于变形过程中存在有益压应力,材料变形后晶界处未出现空洞,经变形量为60%的压缩变形后材料中存在较高密度的位错,位错主要存在于尖晶石和氧化锆第二相中,基体Al2O3的晶粒仍为等轴状,表明位错运动对晶界滑移起到了积极地协调作用。

异丙醇溶液中电化学法制备类金刚石薄膜的研究

采用电化学方法,以分析纯的异丙醇溶液作为碳源,低温(60～70℃)常压条件下,在(100)硅片上沉积了类金刚石薄膜。利用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、拉曼光谱仪(Raman)和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)表征了薄膜的表面形貌和结构。结果表明,电解异丙醇溶液可以获得表面均匀致密且sp3碳含量较高的含氢类金刚石薄膜。

液相法电沉积类金刚石薄膜的结构分析

采用脉冲直流电源,以甲醇有机溶液作为碳源,在低温(60℃～70℃)常压条件下,在(100)硅片上沉积了类金刚石薄膜。用扫描电镜、透射电镜、电子衍射谱和拉曼光谱表征了薄膜的表面形貌和结构。结果表明:类金刚石薄膜致密均匀,表面粗糙度小;Raman光谱在1332cm-1附近有一强峰,与金刚石的特征峰接近;电子衍射谱的分析结果表明薄膜中含有多晶金刚石和石墨碳相。

Ti_(38)Zr_(45)Ni_(17)准晶合金的储氢性能及其V合金化

研究了三元Ti_(38)Zr_(45)Ni_(17)准晶合金及其V合金化后的四元合金(Ti_(0.38)Zr_(0.45)Ni_(0.17))_(100-x)V_x(x=5%、10%、30%、40%、60%(原子分数))的吸放氢性能。准晶成分设计思想源自于团簇线方法,即在Ti-Zr-Ni三元合金体系中利用两条团簇线的交点确定最佳准晶成分Ti_(38)Zr_(45)Ni_(17)。利用铜模吸铸快冷工艺制备直径为3mm的合金棒。吸放氢测试结果表明,Ti_(38)Zr_(45)Ni_(17)准晶在303K首次吸氢量为0.9%(质量分数),在573K时合金首次吸氢量可达2.38%(质量分数),合金吸氢过程快速完成,并放出大量的热,可将吸氢前的粉末样品烧结成块体凝聚物。吸氢后准晶结构消失,完全转化为氢化物结构。添加5%～30%(原子分数)的V进行合金化时可提高合金在573K下的首次吸氢量,最大为2.96%(质量分数),具有固溶体结构的(Ti_(0.38) Zr_(0.45)Ni_(0.17))_(40)V_(60)合金在室温下首次吸氢量为3.2% (质量分数)。由于准晶及其V合金化的合金在吸放氢之后均形成了稳定的氢化物,导致其放氢非常困难。

Origin8.0在超声波频谱分析实验课中的应用

为了弥补本科实验教学中有关超声波信号处理方面的缺憾,教师设计了采用水浸聚焦脉冲回波超声检测系统,对试样表面的一次表面回波进行采集和分析的频谱分析实验。同时,利用Origin8.0软件对采集到的数字信号进行了采样、滤波、截断和傅立叶变换(FFT)等信号分析。该实验强化了学生对利用计算机软件开展无损检测信号处理的重视,同时也加深学生对频谱分析方法的深入理解。

基于图像处理技术的定量金相实验课程改革

针对定量金相课程中陈旧、费时费力的人工计数实验方法,将金相分析软件引入到该课程的教学改革中。讨论了图像分析处理技术在测定珠光体体积百分数中的实际应用效果。教学实践表明:实验方法的变革,使得测试原理形象生动、结果准确、操作简单,极大地调动了学生学习的积极性,培养了学习兴趣,适应了新时期技术人才的培养需要。

不锈钢上液相电沉积类金刚石薄膜

以甲醇有机溶液作碳源,应用直流脉冲电化学沉积方法,在不锈钢表面制备了类金刚石碳薄膜.用原子力显微镜、扫描电镜、拉曼光谱仪和傅立叶红外吸收光谱表征该薄膜的表面形貌和结构.结果表明:经电化学沉积的含氢类金刚石碳薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;Raman光谱在1 332.51cm-1处有一强的谱峰,与金刚石的特征谱峰相重合.加入活性添加剂,增加了电流密度,使沉积速率提高到0.5μm/h.

磁控溅射制备AlCrWTaTiNb高熵合金薄膜低温等离子体氮化

采用磁控溅射技术沉积了AlCrWTaTiNb多元高熵合金薄膜,在400℃以下采用高密度等离子体设备对沉积的薄膜进行了氮化处理.用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜和纳米压痕对氮化后薄膜的微观结构、表面形貌以及力学性能进行了分析.结果表明,高熵效应有利于降低氮化温度,最低氮化温度仅为200℃,所有的(AlCrWTaTiNb)N薄膜晶体结构呈现简单的FCC结构,且具有(111)择优取向.随着氮化温度的增加,(AlCrWTaTiNb)N复合薄膜的显微硬度、弹性模量和对应的H3/E2均增大,氮化温度为300℃时,达到最大,随后略微下降.随氮化时间的延长,显微硬度和弹性模量均逐渐增加.

AlN薄膜对太阳能吸收率的研究

采用磁控溅射方法,在高纯氩气和氮气混合气氛下成功制备出Al(W)-AlN系太阳能选择性吸收薄膜。借助吸收光谱分析,比较了Al、W两种反射层材料上制备单层AlN和多层AlN薄膜的光谱吸收特性。结果表明:多层AlN薄膜比单层AlN薄膜的吸收性能好;W比Al更适合做反射面材料,W-渐变型多层AlN膜系对太阳能的吸收率可达到80%以上。

热丝法低温制备多晶硅薄膜微结构的研究

采用热丝化学气相沉积法（HFCVD）在普通玻璃衬底上低温沉积多晶硅薄膜。利用XRD、拉曼光谱和原子力显微镜（AFM）研究了灯丝与衬底间距（5～10mm），灯丝温度（1800～1400℃）和衬底温度（320—205℃）对薄膜晶体取向、晶化率、晶粒尺寸以及形貌的影响规律。结果表明，随着热丝与衬底间距增加，多晶硅薄膜的晶化率和晶粒尺寸明显减小；随热丝温度的降低，薄膜的晶化率都出现了大致相同的规律：先不断增大后突然大幅减小。

热丝法制备多晶硅薄膜晶体取向及形态的研究

采用热丝化学气相沉积法（HWCVD），在很近的热丝与衬底距离（5mm）下沉积多晶硅薄膜，研究了热丝温度、SiH4浓度对多晶硅晶粒取向和晶粒尺寸的影响规律。结果表明：当热丝温度在1400oC～1800oC变化，衬底温度225℃-320℃时，沉积出多晶硅薄膜的择优取向随温度升高的变化规律是（111）→（220）→（111）；在低的灯丝温度（-1450℃）和低的衬底温度（235℃）条件下，获得了晶粒横向尺寸大于1μm、垂直尺寸大于5μm的均匀致密的多晶硅薄膜。

液相法电沉积类金刚石薄膜的表面形貌研究

采用脉冲直流电源,以甲醇有机溶液作为碳源,在常压60℃的条件下,采用电化学沉积方法在不锈钢表面制备了类金刚石碳薄膜。在电沉积过程中电流密度最高达到150 mA/cm2,沉积速度为500 nm/h。用原子力显微镜和扫描电镜表征了薄膜的表面形貌,透射电镜和电子衍射谱表征了薄膜的结构。结果表明:沉积的类金刚石碳DLC膜是由均匀分布的球形纳米颗粒组成,粒度约为300 nm-400 nm,而且致密光滑;不锈钢上沉积的类金刚石薄膜,薄膜的生长是在基体表面划刻的边缘形核中心开始生长,并且生长先由基体的边缘向中心然后逐渐覆盖基体表面。

反应磁控溅射法直接制备光催化纳米TiO_2薄膜

通过优化直流反应磁控溅射沉积工艺,在氩气和氧气气氛中溅射高纯钛靶,在玻璃和不锈钢衬底上直接低温沉积出具有锐钛矿结构的TiO2薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和表面轮廓仪分析发现,当氧的体积分数在5%～20%之间变化时,制得的TiO2薄膜是致密的锐钛矿结构,具有典型的锐钛矿相(101)、(004)、(112)、(211)、(220)的晶面特征峰,薄膜的晶粒尺寸随着氧含量的增加逐渐减小,其生长速率最快可达到68nm/min。在紫外光的照射下分解甲基橙实验表明,所制备的薄膜具有良好的光催化分解有机物的能力。

镀铜玻璃衬底上柱状多晶硅薄膜的制备

采用热丝化学气相沉积方法在镀铜玻璃衬底上制备了柱状多晶硅薄膜。使用XRD、Raman光谱、扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）等测试手段研究了灯丝与衬底间距（5～10mm）、灯丝温度（1800～1500℃）以及对应的衬底温度（在320～200℃变化）对多晶硅薄膜的微观形貌、结晶性及晶体学生长方向的影响规律。研究结果表明：在镀铜玻璃衬底上金属诱导生长的多晶硅薄膜具有较高的晶化率，较低的晶化温度，同时铜过渡层影响多晶硅薄膜的晶体学生长方向。

液相电化学法在不锈钢上沉积类金刚石薄膜

采用直流脉冲电源,以甲醇有机溶液作为碳源,通过电化学沉积法在不锈钢表面制备了类金刚石碳(DLC)薄膜。用扫描电镜和拉曼光谱分析了薄膜的形貌和结构,用MTS纳米压痕仪测试DLC薄膜的硬度和Young s模量,在CERT微摩擦系统上测试了薄膜的摩擦学性能。结果表明:电化学沉积含氢类金刚石碳薄膜的硬度较高(约7GPa),薄膜均匀、致密,表面粗糙度小;拉曼光谱在1332.51 cm-1处出现金刚石的特征峰;在室温干摩擦条件下,薄膜同WC钢球对摩时的摩擦系数随载荷增加而略微减小,抗磨性能则随着载荷的增加而变差,对摩时发生转移并形成转移膜,耐磨寿命缩短。

HWCVD与RF-PECVD复合技术制备微晶硅薄膜的性能

采用热丝化学气相沉积(HWCVD)和射频等离子体化学气相沉积(RF-PECVD)相结合的技术,在普通载玻片和聚酰亚胺衬底上沉积制备微晶硅薄膜。系统考查了热丝到衬底的距离对沉积薄膜结构和性能的影响规律,用拉曼光谱仪、X-射线衍射仪(XRD)、紫外可见光纤光谱仪对薄膜的晶化率、微观结构和光学性能进行研究。结果表明:薄膜沉积速率最高可达到0.73nm/s,晶化率和禁带宽度分别可以在0%～78%和0.86～1.28eV变化,射频等离子体的引入有助于多晶硅薄膜的(220)择优生长,HWCVD的引入有助于薄膜晶化。

计算机模拟类金刚石薄膜的光学性能研究

采用射频等离子体化学气相法在BK7玻璃样品上合成了类金刚石薄膜，基于介电模型对样品的光学透射谱进行计算机拟合，得到类全刚石薄膜的折射率和膜厚等性能指标。研究了甲烷浓度，射频功率密度和沉积压力等工艺参数对类金刚石薄膜的光学特性影响规律。试验表明折射率和生长速率均随甲烷浓度和功率密度增加而增加；气体压力对生长速率的影响最显著。