钽表面的甲烷等离子渗碳改性技术研究

为了增强钽表面的高温抗氧化、抗腐蚀性能,使用基于空心阴极效应的离子渗碳法,以氩气和甲烷作为渗碳气体对钽片表面进行渗碳实验,利用X射线衍射、扫描电镜、俄歇电子能谱分别对改性层进行成分、形貌及元素化学状态等分析。实验结果表明,在渗碳温度1300℃,渗碳时间20 min的条件下可以得到由Ta C与Ta2C两相组成、厚度约为6μm的渗碳层,其中表层Ta C厚度约为3.5μm,过渡层中碳含量呈梯度分布。渗碳后样品改性层表面变得致密并消除了基体的孔洞缺陷。碳与钽的俄歇峰位变化说明渗碳过程中碳元素进入了样品表面并与钽结合,渗碳过程中表层组分逐渐由金属钽向Ta C转变。

射频放电等离子体中CO_2及CO_2-H_2混合气转化反应的原位研究（英文）

为探索CO_2气体在低温等离子体中的分解规律,开展了近室温条件下,射频等离子体中CO_2及CO_2-H_2混合气体的电离分解行为研究。反应产物通过差分四极质谱进行在线分析,并通过发射光谱对等离子体状态进行诊断。研究结果表明,在射频电场作用下二氧化碳气体迅速电离并部分分解为一氧化碳和氧气,随着射频功率升高CO_2分解率提高,而能量效率降低。氢气的加入可以显著降低CO_2分解达到平衡所需的时间,随着H_2含量的增加,二氧化碳的分解率先降低后升高,H_2的电离状态与对CO_2分解氧的消耗是导致CO_2分解率V字形变化的主要原因。

TaC与Ta_2C的第一性原理研究

TaC和Ta_2C是钽在渗碳过程中形成的两种重要的过渡金属碳化物,它们的含量和分布对渗碳层性能有着重要的影响,对二者性质的了解是开展钽表面渗碳改性研究的基础。采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,讨论了TaC和Ta_2C的相稳定性,即结构稳定性、机械稳定性和动力学稳定性,使用Voigt-Reuss-Hill近似与Chen的半经验公式得到了二者的弹性模量与硬度,通过电子结构计算讨论了二者力学性能差异的原因,并基于准简谐近似理论获得了二者的热力学性能。研究表明:TaC的硬度为24.7 GPa,高于Ta_2C的硬度15.0 GPa,态密度与成键分析显示,Ta_2C与TaC相比具有较强的Ta-Ta键,导致其表现出较低的弹性常数与模量,同时具有较好的塑性。而另一方面,Ta_2C的热膨胀系数明显低于Ta与TaC,因此,预计Ta_2C可以起到改善渗碳层的塑性,提高抗冲击能力的作用,但Ta_2C的热膨胀能力与其他成分的差异可能会降低渗碳层的抗热循环性能。