物理沉积模拟在“沉积学”实践教学改革中的探索

实践教学是"沉积学"课程学习的一个重要教学环节。传统的"沉积学"实践教学包括以岩类鉴定为主的实验教学和以现象观察为主的野外沉积考察。本文通过分析"沉积学"实践教学现状,提出将物理沉积模拟作为"沉积学"实践教学内容之一,从而进一步培养学生的创新意识,完善"沉积学"实践教学改革。同时结合本院实验室条件,就如何加强水槽实验室建设和建立完善的物理模拟实验教学体系进行了探讨。

湖水位对扇三角洲展布形态影响的物理沉积模拟研究

为了探究湖水位高低对扇三角洲展布形态的影响,采用物理沉积模拟方法,有针对性地对不同湖水位影响下的扇三角洲沉积过程进行模拟。通过对扇三角洲沉积过程的描述和对扇体长宽比、平均厚度、展布面积和前缘倾角等参数变化过程的分析研究得出:更高的湖水位对河流携带的泥砂产生的顶托力更强,扇体长宽比更小。更高的湖水位给沉积体提供更多垂向可容纳空间,利于扇体垂向沉积,厚度更大,扇体面积更小。湖水位越高,湖岸线越靠近物源,扇体前缘高差越大,扇三角洲展布位置更靠近物源,前缘倾角也越大。

Al_(2)O_(3)改性等离子喷涂-物理气相沉积热障涂层的异物损伤行为及失效机理

由外来异物损伤引起的颗粒冲蚀是制约热障涂层使用寿命的重要因素。为了提高等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)热障涂层的耐冲蚀性能,采用磁控溅射和真空热处理在PS-PVD喷涂的7YSZ热障涂层表面制备一层致密的α-Al_(2)O_(3)。系统研究热障涂层的异物损伤行为,并采用第一性原理计算对α-Al_(2)O_(3)/c-ZrO_(2)界面进行研究。结果表明,PS-PVD、大气等离子喷涂(APS)和电子束-物理气相沉积(EB-PVD)热障涂层的冲蚀质量损失率分别为324、248和139μg/g,而Al_(2)O_(3)改性的PS-PVD热障涂层的冲蚀质量损失率降至199μg/g。此外,在Al_(2)O_(3)/ZrO_(2)-O的顶部构型模型中观察到的界面结合能最高(3.88 J/m^(2)),远高于ZrO_(2)/Ni(2.011 J/m^(2)),使界面结合性能得以提高。

等离子物理气相沉积高熵合金涂层及组织性能

采用等离子物理气相沉积的方法在316L不锈钢表面制备了AlCoCrFeNi高熵合金涂层,研究了喷涂距离和电流对高熵合金涂层物相组成、表面形貌、截面形貌、硬度、结合强度和耐磨性的影响。结果表明,不同喷涂距离和电流下,高熵合金涂层都主要由BCC、B2和FCC相组成;随着电流或者喷涂距离增加,涂层中BCC平均晶粒尺寸先增后减。当喷涂距离为460 mm时,随着电流从1600A增加至2000A,涂层平均摩擦系数逐渐增大,表面和截面硬度先减后增,涂层结合力和结合强度先增大后减小,涂层的磨损率先增加后减小;当电流为1800A时,随着喷涂距离从420mm增加至500mm,涂层平均摩擦系数逐渐减小,表面硬度先减后增,截面硬度先增后减,涂层结合力和结合强度逐渐增大,涂层的磨损率逐渐减小。高熵合金涂层的磨损率与涂层表面硬度和内聚强度都有一定相关性。

基于ANSYS的物理气相沉积真空装置力学分析

PVD用真空装置是实现真空镀膜试验的重要设备,必须保证真空装置在实际工况和载荷的作用下十分安全可靠,不发生破损事故。文中采用ANSYS软件对真空装置建模、划分网格、确定边界,并施加实际载荷、地震载荷,计算在设计工况、正常工况、异常工况及事故工况下的应力值。采用计算值对原有的设计进行了修正,将壁厚从原始设计14 mm改为10 mm,节省了9%的不锈钢材料。修改后的设计方案仍可满足RCC-M规范要求。

用于半加成工艺的物理气相沉积制程研究

常规的半加成(SAP)工艺制作线路是通过化学沉铜在积层介质层上镀一层薄铜。物理气相沉积(PVD)可以在聚合物树脂表面溅射薄铜。研究了PVD制程中影响溅射铜与基材树脂表面附着力的因素,初步探讨了影响溅射铜附着力的机理,并开展了盲孔制作的相关影响因素研究。结果表明,溅射前树脂表面的处理条件、溅射功率、烘板温度等都会对铜与基材树脂表面附着力有影响,且采用PVD法制作盲孔具有可行性。另外,PVD镀层均匀性对线路和盲孔的可靠性十分重要,对影响镀层均匀性的因素开展了相关研究。

两种物理气相沉积氮化钛涂层的结构及摩擦性能研究

分别利用磁过滤阴极弧等离子体沉积装置和直流磁控溅射装置在不锈钢基底上制备了 Ti N涂层 ,采用 X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜对涂层的结构及形貌进行了表征 ;利用纳米压痕仪测定了涂层的硬度 ;在 DF- PM型动摩擦系数精密测定仪上考察了涂层的摩擦学性能 .结果表明 :与采用直流磁控溅射法在 40 0℃基底上制备的 Ti N涂层相比 ,采用磁过滤沉积装置在室温下制备的 Ti N涂层更加致密 ,表面平滑 ,最大硬度达 3 5 GPa,摩擦系数明显较小 ( 0 .1～ 0 .4) 。

等离子喷涂–物理气相沉积7YSZ热障涂层沉积机理及其CMAS腐蚀失效机制

采用等离子喷涂–物理气相沉积(PS-PVD)以团聚烧结的ZrO2-7wt%Y2O3(7YSZ)为原料,在850℃基体温度下制备了具有柱状结构的热障涂层,并通过场发射–扫描电镜(FE-SEM)分析了柱状涂层的显微结构。此外,基于原子聚集理论研究了PS-PVD中7YSZ气相分子在基体上的形核与生长过程,并分析了高温基体下7YSZ柱状涂层的沉积机理。另外,在1200℃下考察了7YSZ柱状涂层的CaO-MgO-Al2O3-SiO2(CMAS)腐蚀性能并探讨了其失效机制。结果表明,在高温下7YSZ气相分子首先吸附在基体上,通过扩散迁移形成分子团并吸附在基体表面上,然后分子团再与其它吸附分子碰撞结合形成临界晶核,临界晶核捕获其它吸附分子进一步长大形成晶核小岛,此后依次经过岛状、联并、沟道、连续这四个阶段最终形成柱状涂层。高温下CMAS熔融并在毛细管力的作用下沿着柱状涂层孔隙往深度方向渗透并与涂层发生热化学反应使涂层热物性能发生变化,最终在热化学与热机械的相互作用下使涂层内产生平行于表面的横向裂纹,并层离失效。

电子束物理气相沉积热障涂层的高温氧化行为

采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）在 Ni-Cr-Al-Y粘结层上沉积 Y2O3部分稳定的ZrO2陶瓷层（YSZ）,进行了 900,1000,1100℃的恒温氧化和1050℃的循环氧化实验,用扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）和X射线衍射（XRD）对样品进行观察分析.结果表明:恒温氧化最初20 h,1100℃的增重比 900℃和 1000℃的都要小.热循环过程中产生的热应力和氧化物生长应力等导致粘结层氧化物（TGO）/NiCrAlY粘结层界面开裂,引起 EB-PVD热障涂层失效.

物理气相沉积技术的新进展

近年来 ,物理气相沉积技术的应用对象不断扩展 ,处理时基体温度进一步降低 ,新型镀层、复合镀层、多层镀层大量出现 ,并通过制备工艺提高摩擦学性能。作者对其发展趋势进行了探讨。

钕铁硼永磁材料物理气相沉积技术及相关工艺的研究进展

着重概述了国内外应用于NdFeB永磁材料的物理气相沉积(PVD)技术的种类、特点及所制备防护涂层耐腐蚀性能的研究进展,总结了NdFeB永磁材料的前处理和后处理工艺的研究现状,并提出NdFeB永磁材料PVD技术及相关工艺的改进方法。

电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术研究及应用进展

概述了近几年来快速发展的新兴材料加工工艺技术——电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术的研究及应用现状,着重阐述了电子束物理气相沉积(EB-PVD)过程的主要工艺参数和制备高温合金板材显微组织的形成机理。

电子束物理气相沉积技术研究进展

电子束物理气相沉积是真空蒸发技术的一种,具有蒸发速率高和无污染的特点,目前广泛应用于材料表面涂层的制备。将离子束辅助和等离子辅助与电子束物理气相沉积技术相结合,可以提高蒸发粒子入射能量和扩散能力,改善由于电子束物理气相沉积工艺本身存在阴影效应和扩散能力低而引起的沉积材料的不致密等不足。介绍了电子束物理气相沉积技术的概况,并展望了该技术的未来应用及发展前景。

电子束物理气相沉积热障涂层抗高温腐蚀性能的研究

对采用电子束物理气相沉积方法制备的MCrAlY涂层、双层结构热障涂层以及新型梯度结构热障涂层的高温氧化性能以及热腐蚀性能进行了研究 .3种涂层均具有良好的抗高温氧化性能 ,但在 95 0℃等温热腐蚀环境下 ,涂层的氧化速率加快 .梯度热障涂层的增重小于NiCoCrAlY涂层 ,表明YSZ陶瓷层有助于提高NiCoCrAlY涂层的抗热腐蚀性能 ,但热循环寿命降低 .

物理气相沉积减摩与耐磨薄膜

在摩擦学研究的基础上，综合评述与探讨了物理气相沉积薄膜摩擦和磨损的机械－化学作用机理；根据这种机理分析讨论了对物理气相沉积润滑和耐磨薄膜的基本要求；

电子束物理气相沉积Nd_2O_3和Yb_2O_3共掺杂的YSZ热障涂层研究

采用固相烧结的方法制备了10mol%Nd2O3和Yb2O3共掺杂的YSZ(3.5mol%Y2O3部分稳定的ZrO2)材料。掺杂材料为t/t′相,而8YSZ则为t/t′与m的混合相。测试结果表明:1100℃时掺杂材料的热扩散系数为4.10×10-7m2/s,而8YSZ(8wt.%Y2O3部分稳定的ZrO2)的则为6.41×10-7m2/s。在200～1300℃温度范围内,掺杂材料的比热容均大大低于8YSZ。电子束物理气相沉积的掺杂材料的热障涂层陶瓷层为树枝晶结构。1100℃下,掺杂材料的热障涂层热循环寿命为350～500h,而同等条件下8YSZ涂层仅为160～200h。

物理气相沉积制备锂离子电池正极薄膜研究进展

薄膜锂离子电池是锂离子电池发展的最新领域,正极材料的薄膜化是薄膜锂离子电池的重要部分。综述了近年来国内外物理气相沉积在薄膜锂离子电池正极薄膜方面的研究新进展,着重介绍了射频磁控溅射、脉冲激光沉积、电子束沉积等制备技术的工作原理、特点及发展,并对这些制备技术在锂离子电池正极薄膜制备中的应用进行了分析、比较和评价。

电子束物理气相沉积TiAl基合金薄板的物相及显微分析

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术,成功制备了尺寸为150mm×100mm的TiAl基合金薄板,并利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等测试手段,对真空退火或热压前后试样的显微形貌、物相组成等进行了分析。结果表明,蒸镀态TiAl基合金薄板由γ相、α2相和τ相组成,成分呈梯度变化,内部自然分层,显微组织结构为柱状晶;经1000℃,16h的真空退火处理后,柱状晶和τ相消失,α2相含量显著减少,成分趋于均匀化;而经1250℃,1h的真空热压处理后,材料致密度得到明显提高。TiAl基合金薄板经真空退火或热压处理前后,断裂方式由沿晶断裂转变为解理断裂和沿晶断裂的混合断裂方式。

电子束物理气相沉积工艺制备超薄高温结构材料的研究

介绍了包括热障涂层、高温合金薄板、金属/陶瓷及金属/金属间化合物微叠层薄板等金属热防护系统结构材料的特点,并简要介绍了电子束物理气相沉积设备的工作原理、结构及其工艺特点。着重评述了利用该工艺制备多种体系高温结构材料的研究现状,最后对未来的发展趋势作出了客观的评价与展望。

电子束物理气相沉积技术及其应用现状

介绍了电子束物理气相沉积设备的结构、工艺特点及应用范围 ,并在此基础上介绍了电子束物理气相沉积技术在制备热障涂层。