Ni-Cr薄膜换能组件静电响应特性与发火概率预测研究

针对电火工品在静电放电影响下可能发生误发火的问题,以Ni-Cr薄膜换能组件为研究对象,提出了一种分析其在人体静电放电下的响应特性,并预测发火概率的方法。首先,介绍了Ni-Cr薄膜换能组件系统架构,并建立了电火工品静电放电等效电路模型;其次,研究了Ni-Cr薄膜换能组件静电放电响应特性,分析了换能组件尺寸和放电电压对薄膜桥区温度的影响规律;最后,构建了Ni-Cr薄膜换能组件在统计特征下的输入条件,确定了换能组件失效判据,进而结合发火感度试验与数理统计方法,实现了在静电放电条件下电火工品发火概率的预测。研究结果表明:预测发火概率与试验值误差不超过5%,验证了本文方法的有效性。

高稳定Ni-Cr薄膜电阻的研究

本文主要介绍采用磁控溅射制备Ni-Cr薄膜的方法,并通过光刻、腐蚀,找到最佳的腐蚀条件,得到符合要求的N i-Cr薄膜,并把它应用到具体电路中,取得满意的效果。

热处理对离子束溅射Ni-Cr薄膜性能和结构的影响

采用低能离子束溅射技术制备Ni-Cr合金薄膜,并对Ni-Cr合金薄膜进行快速热处理。用小角度X射线衍射仪、扫描电镜、原子力显微镜、α-台阶仪、四探针仪等测量薄膜的结构、形貌、厚度及电子学特性。研究结果表明:采用低能离子束溅射技术结合快速热处理工艺可以制备性能优良的Ni-Cr合金薄膜,薄膜的厚度与溅射时间呈正比;经过350℃及以上温度快速热处理后,溅射非晶态Ni-Cr合金薄膜发生晶化;溅射态合金薄膜方块电阻与溅射时间呈反比;薄膜方块电阻随热处理温度的升高而降低,经450℃/600 s热处理后薄膜方块电阻不发生变化。

陶瓷基体表面粗糙度对Ni-Cr薄膜换能元性能的影响

研究了Al2O3(95%)陶瓷基底的粗糙度对Ni-Cr(80/20)合金薄膜及薄膜换能元性能的影响。利用磁控溅射法在不同粗糙度的基底上制备了Ni-Cr合金薄膜。通过扫描电镜、划痕法、4探针法对薄膜的微观结构、附着性能、电性能进行了研究。根据D-最优化法测定了基底粗糙度不同的薄膜换能元爆发电压、爆发电流。结果表明:随着基底粗糙度的增大,薄膜颗粒度增大,结构缺陷增多,电阻率增大,Ni-Cr薄膜附着力变大;基底粗糙度不同的样品随着刺激量的增大,爆发时间的差别逐渐缩小,当充电电压达到37 V时其爆发时间均接近20μs.

沉积速率对EB-PVD Ni-Cr薄膜表面形貌的影响

采用动态蒙特卡罗(KMC)方法模拟电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备Ni-Cr合金薄膜过程中沉积速率与薄膜微观结构之间的关系,并用分维理论研究薄膜表面形貌。研究结果表明:对于基板温度为500K,入射角度为35°的情况,沉积速率<5μm/min时,薄膜表面分维均<2.04,表面光滑,而当沉积速率>5μm/min时薄膜分维随沉积速率增大而增大,表面变得越来越粗糙,直到沉积速率升高到1000μm/min时,分维达到最大值2.31,表面非常粗糙,具有细致的皱褶和缺陷。分维与沉积速率间的关系说明低沉积速率有利于分维小、表面光滑薄膜的制备,而高沉积速率使薄膜分维增大、表面结构更加复杂。该研究结果与沉积速率对EB-PVD薄膜表面粗糙度影响的研究结果一致,表明分维也是评价薄膜表面形貌的途径。

提高Ni-Cr合金薄膜电阻稳定性的工艺研究

目的通过改变沉积Ni-Cr合金薄膜厚度、增加保护薄膜及梯度升温热处理工艺,获得电阻稳定性良好的合金薄膜。方法采用离子束溅射镀膜工艺,沉积160、230、300 nm厚的合金薄膜,并沉积200 nm厚的Si O2保护薄膜,采用梯度升温的方式对薄膜进行真空热处理。通过安捷伦数字繁用表测试试件热处理前后阻值的大小,通过差值计算出阻值变化量,并进行薄膜电阻稳定性研究。结果与160 nm厚的合金薄膜的电阻变化相比,将厚度提高到300 nm,热处理前后阻值的变化从25?减小到2?。与没有保护膜的合金薄膜热处理前后的阻值变化相比,增加保护膜的阻值从76?减小到25?。与直接升温的薄膜热处理工艺相比,采用阶梯升温的方式进行薄膜热处理的薄膜电阻从46?减小到了25?,薄膜电阻稳定性提高。结论合金膜厚的增加可减小薄膜的边界和杂质效应,有利于提高薄膜的电阻稳定性。增加保护薄膜可阻止外界环境中水汽等对薄膜的影响,阶梯升温方式有利于薄膜残余应力的充分释放,可提高薄膜电阻的稳定性。

Ni-Cr桥膜换能元的制备

为了制作出阻值一致性好,发火电压低的金属桥膜换能元,对Ni-Cr薄膜换能元制作过程中的薄膜溅射、刻蚀等工艺进行了探索,并对制作的换能元参数进行了测试。结果显示随着溅射功率的减小,薄膜的沉积速率减小,成膜致密性提高;在一定范围内,刻蚀液中高氯酸所占的比例越大,刻蚀用时越短。制作的Ni-Cr薄膜换能元电阻的一致性较好,在47μF电容情况下发火电压均值为6.67 V。

电弧离子镀(Ti,Cr)N硬质薄膜的成分、结构与硬度

用 Bulat6型电弧离子镀设备在高速钢表面沉积合成 (Ti,Cr) N硬质薄膜 ,通过改变分离靶弧电流的配置来调节薄膜成分 ,制取了 x =0 .62～ 0 .83的 (Tix Cr1 - x) N薄膜 ;考察了薄膜的成分、结构与硬度间的相互关系 ,明确了 Cr在 Ti N基薄膜中使硬度提高的合金强化作用 ;结合元素周期律中的基本性质和热力学特征 ,讨论了 Ti、Cr两种元素在 (Ti,Cr) N薄膜的相结构 (fcc)

Cr/Cr_2O_3多层薄膜的制备、力学及摩擦学性能研究

为了提高Cr2O3陶瓷薄膜的韧性及摩擦学性能,设计制备了Cr/Cr2O3软硬交替的多层薄膜,通过复配韧性层提高Cr2O3陶瓷薄膜的韧性及摩擦学性能,同时研究了调制周期对Cr/Cr2O3薄膜力学性能及摩擦学性能的影响.研究结果表明多层薄膜的韧性和第一临界载荷随调制周期的减小而增大,而其硬度随调制周期的减小而降低.调制周期为1 075 nm的薄膜表现出了最好的综合性能,即薄膜具有较好的膜基结合强度、较高的韧性和硬度,同时薄膜具有最好的抗磨损性能.

水体中常见无机阳离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了6种水体中常见的阳离子(Na+、Mg2+、Ca2+、Al3+、Cu2+、Ni2+),分别考查了其对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响;从光吸收、无机离子本身的性质对光生电子的捕获及传递等讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率的原因。结果表明:由于其不能捕获光生电子,Na+、Mg2+、Ca2+本身对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率影响不大;Al3+吸引电子能力较强,成为光生电子和Cr(Ⅵ)之间的桥梁,促进了Cr(Ⅵ)的还原;浓度为1 mmmol/L时,Cu2+显著地促进了Cr(Ⅵ)的光催化还原,其主要原因是Cu2+捕获光生电子的能力很强,起到了催化剂的作用,而浓度大于10 mmol/L时,Cu2+形成单质Cu以及对紫外光的吸收都使促进作用降低;Ni2+未充满的d轨道具有获得并传递光生电子的能力,也促进了Cr(Ⅵ)的还原;在浓度同为1mmol/L时,对Cr(Ⅵ)光催化还原的促进作用依次为:Cu2+>Al3+>Ni2+>Na+、Ca2+、Mg2+。

氮分压对电弧离子镀CrNx薄膜结构与性能的影响

采用电弧离子镀技术,在不同n2分压下沉积Cr/CrNx薄膜.X射线衍射技术、努氏硬度计和UMT型球-盘摩擦试验机、M342-2型腐蚀测量系统分别测试了薄膜相结构、显微硬度、摩擦磨损和抗腐蚀性能.研究了N2分压对薄膜相组成、硬度、摩擦磨损和抗腐蚀性能的影响.结果表明:随着N2分压的升高,薄膜由Cr2N(211)相过渡到CrN(220)相;薄膜硬度出现两个极值,对应于单相Cr2N和CrN;与钢基体相比,N2分压为0.35 Pa时制备的CrNx薄膜具有良好的耐磨性能和抗腐蚀性能.

水体中常见无机阴离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl-,SO24-,HCO3-,NO3-以及HPO24-/H2PO4-),分别考察了其对TiO2薄膜光催化还原模拟Cr(Ⅵ)废水的影响.从上述离子的光吸收,对.OH的捕获作用以及与Cr(Ⅵ)的竞争吸附三个方面讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)速率的原因.结果表明,体系酸性越强,越有利于Cr(Ⅵ)的还原;在pH值约为6时,HCO3-,Cl-和SO24-对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)具有促进作用,NO3-具有抑制作用,H2PO4-/HPO24-在低浓度时具有促进作用,而在高浓度时具有抑制作用.造成上述结果的主要原因是Cl-,SO24-和HCO3-具有较强的.OH捕获作用和在TiO2表面较低的吸附能力;H2PO4-/HPO42-在TiO2表面具有较强的吸附能力;NO3-对紫外光吸收作用降低了TiO2表面的紫外光强度以及自身光化学反应产生了.OH.

Cr/Cu/Ag/Cu/Cr新型银基复合薄膜电极的防氧化性能研究

采用直流磁控溅射技术和光刻工艺制备了Cr/Cu/Ag/Cu/Cr复合薄膜及其电极,研究不同温度热处理对复合薄膜和电极结构、表面形貌和电性能的影响。Ag层与最外层的Cr层之间的Cu层不仅增强了Cr和Ag之间的粘附力,而且起到了牺牲层和氧气阻挡层的作用;Cr和Cu对Ag的双重保护使得薄膜电极在温度小于500℃时电阻率保持较为稳定,约为3.0×10-84.2×10-8Ω·m之间。然而由于电极表面氧化和边沿氧化的共同作用,薄膜电极的电阻率在热处理温度超过575℃出现了显著的上升。尽管如此,Cr/Cu/Ag/Cu/Cr薄膜电极仍然是一种能够承受高温热处理并且保持较低电阻率的新型电极,满足场发射平板显示器封接过程中的热处理要求。

Cr/Cu/Al/Cr薄膜电极的防氧化性能

采用Al作为Cu导电层的主要防氧化保护层,在普通浮法玻璃上利用磁控溅射和湿法刻蚀技术制备Cr/Cu/Al/Cr复合薄膜及其电极,研究不同的热处理温度对复合薄膜及其电极的结构、表面形貌和导电性能的影响。由于有Al层作为保护层,在热处理过程中,Al先与穿过Cr保护层的氧进行反应,从而可以更有效地保护Cu膜层在较高的温度下不被氧化,所制备的薄膜在经过600℃的热处理之后仍然具有较好的导电性能。而对于Cr/Cu/Al/Cr电极,侧面裸露的金属层在热处理过程中的氧化是其导电性能逐渐下降的主要原因,退火温度超过500℃之后,电极侧面裸露部分的氧化范围不断往电极的中间扩散,导致了薄膜电极导电性能显著恶化。虽然如此,Cr/Cu/Al/Cr薄膜电极在430℃附近仍然具有较好的导电性能,电阻率为7.3×10-8Ω.m,符合FED薄膜电极的要求。以此薄膜电极构建FED显示屏,通过发光亮度均匀性的测试验证了Cr/Cu/Al/Cr电极的抗氧化性。

Kapton CR防电晕薄膜热老化特性的研究

研究了热老化和冷热循环老化对Kapton CR薄膜击穿电压、拉伸强度和伸长率的影响。结果表明:Kapton CR薄膜的拉伸强度和伸长率随着热老化时间的延长和冷热循环老化次数的增多而明显变小,而Kapton CR薄膜的击穿电压没有明显变化。

Ti、Cr元素在Cr_2O_3薄膜中的扩散及其对摩擦学性能的影响

为了研究Ti和Cr元素在Cr_2O_3薄膜中的扩散行为及其对摩擦学性能的影响,对Cr_2O_3薄膜在1 000℃大气环境下进行不同保温时间的退火处理。利用扫描电子显微镜、三维轮廓仪、X射线衍射仪以及透射电镜对薄膜的表面形貌、成分以及结构进行分析,采用球盘式摩擦磨损试验机对Cr_2O_3薄膜的摩擦学性能进行研究。结果表明:在1 000℃下Inconel 718基材中的Ti和Cr会沿着Cr_2O_3薄膜的晶界扩散至薄膜表面,与大气中的氧反应生成由Cr_2O_3和Cr_2Ti_7O_(17)组成的复合相,并在薄膜表面晶界处堆积形成类网状凸起结构。随着保温时间的增加,这种类网状凸起结构的高度也越大。该结构可以显著降低薄膜的摩擦因数以及磨损率。当保温时间只有1 min时,薄膜的平均摩擦因数为0.35,磨损率为5.7μm^3/Nm。而当保温时间达到240 min时,薄膜的摩擦因数降至0.24,磨损率降至3.2μm^3/Nm。

溅射参数对SmCo/Cr薄膜铬底层晶面取向及磁学性能的影响

采用直流磁控溅射法制备SmCo Cr薄膜磁记录材料 ,通过改变Cr底层制备过程中的功率、靶基距、溅射压强和溅射时间 ,得到了磁性能不同的SmCo Cr薄膜。利用X射线衍射法对Cr底层晶面取向和磁控溅射参数之间的关系进行了研究 ,结果表明 :如果改变溅射参数 ,使沉积Cr原子获得较大的能量 ,则有利于Cr底层最终以 ( 110 )晶面择优取向。本实验中Cr底层以 ( 110 )晶面择优取向的最佳实验条件为 :溅射功率在 5 0～ 70W左右 ,靶基距为 6cm ,压强为 0 .5Pa ,溅射时间为 15min。利用振动样品磁强计 (VSM )测定SmCo Cr薄膜的磁学性能 ,结果表明 ,如果Cr底层能以 ( 110 )晶面择优取向 ,所得到的SmCo Cr薄膜的磁学性能较好。

Cr掺杂ZnO薄膜晶体结构及光学性能的研究

采用磁控溅射法在载玻片上制备了不同Cr掺杂浓度的ZnO薄膜,并对其紫外发光性能做了初步研究。XRD结果表明,所制备的样品具有纤锌矿结构,呈c轴择优取向生长;透射谱表明,改变Cr掺杂浓度可以使ZnO薄膜的吸收边向短波方向移动,并且薄膜的禁带宽度连续可调;光致发光(PL)谱表明,所有样品的PL谱由发光中心位于370nm的紫外发光峰组成,且该峰的峰位蓝移,与吸收边缘移动的结果吻合。2.0%(原子分数,下同)的Cr掺杂可以提高ZnO的紫外发光强度,而过量的Cr掺杂反而会降低其紫外发光强度。

Cr掺杂对Cu/Si(100)薄膜体系的微观结构及电阻率的影响

利用简易合金靶在Si（100）衬底磁控溅射制备Cu、Cu-1．19％Cr和Cu-2，18％Cr薄膜，研究Cr对Cu薄膜在300-500℃真空退火前后的结构和电阻率的影响。X射线衍射分析表明：Cu及Cu（Cr）薄膜均呈现Cu（111）和Cu（200）衍射峰，并且Cu（Cr）薄膜一直保持较强的（111）织构。原子力显微分析表明：Cu薄膜在500℃退火时，薄膜与硅基底发生明显的互扩散，薄膜表面的致密度及平整度下降：而Cu（Cr）薄膜在退火时保持较高的致密度，Cr显著提高Cu／Si薄膜体系的热稳定性。Cu（Cr）薄膜的电阻率随温度升高先减小而后增加，在400℃及500℃退火30min后分别达到最小值2．76μΩ·cm和2．97μΩ·cm，与纯Cu膜相近（2．55μΩ·cm）。Cu（Cr）薄膜退火电阻率的大幅度减小与薄膜晶粒尺寸的增加以及Cr的扩散有关。适量的Cr掺杂和合理的退火工艺使得Cu（Cr）合金薄膜在高温互连材料方面具有很大的应用前景。

Cr/Ag纳米多层薄膜膜-基结合强度及摩擦学性能研究

采用中频磁控溅射技术在AISI 440C钢表面制备了不同调制周期的Cr/Ag纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)分析表征了纳米多层薄膜的微观组织结构,通过划痕试验机与真空球-盘摩擦试验机分别测试了纳米多层薄膜膜-基结合强度及真空摩擦学性能,并与纯Ag薄膜及Cr/Ag双层薄膜进行了对比.结果表明:纳米多层结构可以显著提高Ag基固体润滑薄膜膜-基结合强度,Cr/Ag纳米多层薄膜在较高转速及载荷条件下表现出明显优于纯Ag及Cr/Ag双层薄膜的摩擦学性能.Cr薄膜层与钢基体表面良好结合以及纳米多层薄膜内良好的层间结合性能是纳米多层薄膜膜-基结合强度提高的主要原因.