调制比对Ti/TiB_2多层膜结构和力学性能的影响

根据贝壳珍珠层的结构特点,以金属Ti层为软质层,对Ti B2陶瓷薄膜进行仿生增韧处理。采用磁控溅射法制备了不同调制比(Λ,tTi B2:tTi)的Ti/Ti B2周期性多层膜,并着重研究了调制比对多层膜的纳米硬度、弹性模量、膜基结合力以及断裂韧性的影响。研究结果表明:通过磁控溅射法制备的Ti/Ti B2多层膜具有清晰的纳米层状结构,表面致密平整,与基体有着良好的物理结合。多层膜的硬度和弹性模量随着调制比的增加而增大,而多层膜与基体的结合力呈现出先增大然后下降的趋势,当调制比Λ=3时,膜基结合力最高可以达到12.6 N;多层膜的断裂韧性随着调制比的增加呈现出先增大而后减小的趋势,当调制比Λ=5时多层膜的断裂韧性最好,其断裂韧度为2.26 MPa·m1/2,比Ti B2单层膜提高了60%以上。这是因为多层膜中的Ti子层可使裂纹尖端产生钝化作用,从而引起裂纹扩展路径发生偏转,提高了多层膜的断裂韧性。

调制周期对TiB_2/TiAlN纳米多层膜机械性能的影响

利用射频磁控溅射技术,在室温下合成了具有纳米调制周期的TiB2/TiAlN多层膜。分别采用表面轮廓仪、纳米力学测试系统、多功能材料表面性能实验仪和XRD,分析了调制周期对TiB2/TiAlN纳米多层膜机械性能的影响。结果表明:大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值都高于两种个体材料混合相的值,在调制周期为25nm时,多层膜体系的硬度超过了36GPa,性能达到较佳效果。

TiB_2/Si_3N_4纳米多层膜的制备及其结构和性能分析

利用超高真空离子束辅助沉积(IBAD)系统,在225℃条件下,制备一系列TiB2/Si3N4纳米多层膜,通过X射线衍射(XRD)仪、表面轮廓仪、原子力显微镜(AFM)和纳米力学测试系统分析该体系合成中调制比对多层膜结构和机械性能的影响.结果表明:一定条件下制备的多层膜其纳米硬度值高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制比为15∶1,调制周期为(13±1)nm时,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量和膜基结合性能均达到最佳.多层膜机械性能的明显改善与其多层结构和多晶结构存在直接联系.实验证明通过选择合适的个体层材料、厚度以及调制比等条件,制备具有高硬度、低应力和良好膜基结合力的纳米多层膜是可以实现的.

调制比对TiB_2/TiAlN纳米多层膜结构和机械性能的影响

利用射频磁控溅射技术在室温下合成了具有纳米调制周期的TiB2/TiAlN多层膜.分别采用X射线衍射仪(XRD)、表面轮廓仪、纳米力学测试系统和多功能材料表面性能实验仪分析了调制比对TiB2/TiAlN纳米多层膜结构和机械性能的影响.结果表明:大部分多层膜的纳米硬度和弹性模量值均高于两种个体材料混合相的值,在调制比为tTiB2∶tTiAlN=5∶2时,多层膜体系的硬度超过36GPa,其他机械性能也达到较佳效果.

离子束辅助沉积法制备TiAlN/TiB_2纳米多层膜的研究

运用离子束辅助沉积法(IBAD)制备了一系列具有不同调制比例的TiAlN/TiB2纳米多层膜,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和纳米压痕等表征手段研究了薄膜调制比例对其硬度、内应力和膜基结合力等力学性质的影响.结果表明:随着调制比例从8∶1变化到25∶1,多层膜的硬度在29～34 GPa之间变化,所有多层膜的硬度均高于TiAlN和TiB2两种各体层材料通过混合法则得的结果,结合XRD结果分析认为,TiAlN(111)择优取向是薄膜硬度升高的一个重要原因.

磁控溅射沉积TiB_2/DLC纳米多层膜的结构及其机械性能研究

采用非平衡磁控溅射系统在P(100)硅片和304不锈钢基底上制备TiB_2/DLC纳米多层膜。利用FESEM、TEM、XRD和AFM观察多层膜的微观结构和表面形貌;利用纳米压痕仪、维氏硬度计和CSM球-盘摩擦磨损试验机考察TiB_2靶电流对多层膜的机械性能和摩擦学性能的影响。结果表明:TiB_2/DLC多层膜具有良好的多层调制结构,多层膜沿TiB_2(101)晶向择优生长;多层膜的表面粗糙度随着TiB_2靶电流增加而增加;多层膜中的大量异质界面能显著提高薄膜的硬度及韧性,而且当TiB_2靶电流为2.0 A时,多层膜的硬度约为单层DLC薄膜的两倍;多层膜中具有硬质TiB_2层和软质DLC层的交替结构,在摩擦过程中,硬层TiB_2起到良好的承载作用,软层DLC起到良好的润滑作用,使多层膜具有比单层DLC薄膜更低的摩擦因数。

17-4PH不锈钢表面TiO2膜及其多层膜的结构与性能

利用非平衡磁控溅射技术在17-4PH不锈钢表面分别制备了TiO_2膜、TiO_2/Ti多层膜及TiO_2/Ti/TiN/Ti多层膜,采用XRD、表面轮廓仪、显微硬度仪、摩擦磨损试验机和水蒸气疲劳腐蚀试验设备研究了薄膜的物相、显微硬度、耐磨性和耐疲劳腐蚀性能。结果表明:具有表面薄膜17-4PH不锈钢的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能均有较大提高;与TiO_2膜和TiO_2/Ti/TiN/Ti多层膜相比,TiO_2/Ti多层膜耐磨性能最好,较基体的提高了20倍以上,同时其耐疲劳腐蚀性能也最好。

Ti/TiO_2多层膜的光电性能研究

用真空蒸发和自然氧化法在玻璃基底上制备了Ti/TiO2多层膜,并检测了薄膜的光电性能。电性能检测表明Ti/TiO2多层膜存在类负阻效应,多层膜的层间的类负阻效应比表面的更明显,薄膜的层间电阻率高于表面电阻率;用分光光度计测得试样退火前后的透射谱;用X射线衍射仪和扫描电镜检测了Ti/TiO2多层膜的晶体结构和表面形貌。

自组装单层膜表面的Bi_2Ti_2O_7薄膜制备与表征

以硝酸铋和钛酸四丁酯为原料,以三氯十八烷基硅烷(OTS)为模板,采用自组装单层膜(self-as-sembled monolayers,SAMs)技术,在玻璃基板上成功制备了Bi2Ti2O7晶态薄膜。借助X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线能谱(EDS)及原子力显微镜(AFM)等测试手段对Bi2Ti2O7薄膜进行了表征。结果表明,以OTS为模板利用自组装技术,经540℃煅烧2h可成功制得立方相Bi2Ti2O7晶态薄膜,且薄膜表面平整光滑,均匀致密。

Al_(2)O_(3)对Ti膜离子注入表面损伤及D滞留量的影响研究

为提高中子管Ti膜的储氢及抗溅射损伤性能,该研究通过在Ti膜表面沉积一层Al_(2)O_(3)保护层,研究了该保护层对Ti膜在D离子注入过程中表面损伤及D滞留量的影响。采用射频磁控溅射技术完成了Ti膜和表面有Al_(2)O_(3)保护层的Ti膜(Al_(2)O_(3)/Ti膜)样品的制备,开展了D离子注入实验,利用扫描电子显微镜(SEM)对D离子注入前后的表面形貌进行分析,并通过热脱附谱(TDS)实验研究保护层对Ti膜中D滞留量的影响。SEM结果表明,注入5×10^(17)个D离子后,Ti膜表面出现开裂和剥离现象,而Al_(2)O_(3)/Ti膜表面无开裂和剥离现象,Al_(2)O_(3)保护层抑制了Ti膜的开裂和剥离,可提高Ti膜使用寿命。TDS实验结果表明,增加Al_(2)O_(3)保护层后,D脱附峰值温度提升4.9%,膜内D滞留量提升10.3%,在D离子注入过程中Al_(2)O_(3)保护层可阻止膜内D原子的释放进而提升Ti膜内D滞留量。该文初步验证了Al_(2)O_(3)有作为中子管Ti膜保护层材料的潜力。

Bi_2Ti_2O_7薄膜的自组装法制备及表征(英文)

以Bi(NO3)3·5H2O和Ti(OC4H9)4为原料,采用自组装单层膜技术,在负载有功能化三氯十八烷基硅烷(octadecyl-trichloro-silane,OTS)的FTO基板上制备了Bi2Ti2O7薄膜。基板表面的亲水性测试表明,紫外照射使OTS自组装单层膜表面由疏水转变为亲水,实现功能化。借助X射线衍射(XRD)、X射线能量色散谱(EDS)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)分析分别对Bi2Ti2O7薄膜的组成、结构和微观形貌进行了表征。结果表明,沉积溶液浓度为0.02 mol·L-1时,所得Bi2Ti2O7薄膜均匀致密。560℃热处理1 h、厚度为0.4μm的Bi2Ti2O7薄膜在100 kHz的介电常数为153,介电损耗为0.089。

调制周期对Ti/TiB_2多层膜的结构和力学性能的影响

采用磁控溅射法制备了Ti/TiB_2周期性(T=2,3,4,6,12)多层膜,利用X射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜分析了薄膜的相结构和表面(断面)形貌,采用纳米压痕仪、多功能摩擦摩损试验机和显微硬度计研究了多层膜的纳米硬度、弹性模量、膜基结合力以及断裂韧性。结果表明:Ti/TiB_2多层膜具有清晰的纳米层状结构,薄膜表面致密平整,与基体保持着良好的物理结合。多层膜的硬度和弹性模量随着调制周期的增加而增大,在周期T=12时,多层膜的硬度和弹性模量达到最大值,分别为35.8和349 GPa;多层膜的断裂韧性随着周期的增加呈现出先增大而后减小的趋势,当周期T=6时多层膜的断裂韧性最好,其断裂韧度为2.17 MPa·m^(1/2)。分析认为多层膜中的Ti子层可使裂纹尖端产生钝化作用,从而引起裂纹扩展路径发生偏转,提高了多层膜的断裂韧性。

TiN/TiB_2异结构纳米多层膜的共格生长与力学性能

采用多靶磁控溅射法制备了一系列具有不同TiB2调制层厚度的TiN/TiB2纳米多层膜.利用x射线衍射仪、高分辨电子显微镜和微力学探针研究了TiB2层厚变化对多层膜生长结构和力学性能的影响.结果表明,在fcc-TiN层(111)生长面的模板作用下,原为非晶态的TiB2层在厚度小于2·9nm时形成hcp晶体态,并与fcc-TiN形成共格外延生长;其界面共格关系为{111}TiN//{0001}TiB2,〈110〉TiN//〈1120〉TiB2.由于共格界面存在晶格失配度,多层膜中形成拉、压交变的应力场,导致多层膜产生硬度和弹性模量升高的超硬效应,最高硬度和弹性模量分别达到46·9GPa和465GPa.继续增加TiB2层的厚度,TiB2形成非晶态并破坏了与TiN层的共格外延生长,多层膜形成非晶TiN层和非晶TiB2层交替的调制结构,其硬度和弹性模量相应降低.

钛合金表面Ti/TiB_2仿生多层膜的断裂韧性

根据贝壳珍珠层的结构特点,以金属Ti层为软质层,对TiB_2陶瓷薄膜进行仿生增韧处理,并通过压痕法研究了Ti/Ti B_2仿生多层膜的断裂韧性。结果表明:随着调制比Λ(t_(TiB_2):t_(Ti))的增大,多层膜的断裂韧性先增大而后减小,当Λ为5时,多层膜的断裂韧度达到最大值(KIC=2.68 MPa·m^(1/2))。对于相同厚度的Ti B_2单层膜而言,断裂韧度值仅为0.76MPa·m^(1/2),也就是说,Ti/Ti B_2仿生多层膜可有效提高陶瓷层的断裂韧性。沉积在Ti6Al4V基体上的多层膜在断裂过程中进行能量释放以径向裂纹为主,以环形裂纹为辅。由于多层膜中Ti子层的周期性引入,有效缓解了Ti B_2薄膜的内应力;当裂纹扩展至Ti子层时,Ti层可对裂纹尖端起到很好的钝化作用,使裂纹扩展方向发生偏转。此外,多层膜的界面增多,也相应增大了裂纹扩展的阻力,提高了多层膜的断裂韧性。

阳极氧化电压对钛合金TC4阳极氧化TiO_2膜层表面的影响

在草酸盐、硅酸盐和磷酸盐电解液体系中,在钛合金Ti-6Al-4V(TC4)表面制备阳极氧化TiO_2膜层,研究了TiO_2膜层的表面显微结构、化学组成和生物活性。在室温用恒压阳极氧化法制备TC4表面阳极氧化TiO_2膜,以TC4为阳极,不锈钢为阴极,电解液组成为:20 g/L的Na_2C_2O_4、10 g/L的Na_2SiO_3·9H_2O、9.25 g/L的NaH_2PO_4和2 g/L的NaOH,阳极氧化电压为10-120 V,氧化时间50 min,电源频率200 Hz。用XRD、AFM、SEM及XPS等手段分别测量了膜层的物相、三维形貌、氧化膜层表面的显微结构及化学组成。结果表明:氧化电压对TiO_2膜层的物相组成基本没有影响,氧化膜层呈非晶态TiO_2。当氧化电压为30 V时,TiO_2膜层表面由孔径1.3μm左右的孔和凸起颗粒组成的粗糙结构,随着氧化电压增加表面凸起颗粒逐渐减少,粗糙度降低,当氧化电压为100 V时场致溶解的作用使TiO_2膜层表面凸起颗粒不明显,TiO_2膜层表面的粗糙度低于TC4基体,表面孔径为240 nm。TC4阳极氧化TiO_2膜层表面的微纳米结构和大量的羟基—OH,有利于提高TiO_2膜层的生物活性和骨生长特性。

低红外发射率TiO_2/Ag_xCu_(1-x)/Ti/TiO_2纳米多层膜

利用磁控溅射制备了银含量在100%至80%之间的单层银铜合金薄膜和TiO2/AgxCu1-x/Ti/TiO2纳米四层膜。利用X射线衍射、扫描电子显微镜、扫描俄歇微探针,分光光度计、红外发射率测量仪对样品进行表征,研究了单层金属膜和多层膜的光学、电学性质随着银含量的变化以及热处理前后薄膜性能的变化。结果表明:相同厚度的合金膜,随着Ag含量的降低,导电性能下降,Ag含量低于80%的合金已不适合作为多层膜的金属层;150℃大气下热处理30min,纯银薄膜性质发生明显变化,明视透过率下降10%,方块电阻由2.5W/□增加至18W/□,红外发射率由0.17增加到0.69。AgCu合金薄膜性质未发生明显变化。方块电阻相近的TiO2/AgxCu1-x/Ti/TiO2纳米多层膜,经250℃大气下热处理40min后,TiO2/Ag/Ti/TiO2和TiO2/Ag80Cu20/Ti/TiO2纳米多层膜的性质变化较小,热稳定性较好,其余的多层膜性质发生较大变化,红外发射率显著增加。

Ti合金插层厚度对反应连接TiB_2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度复合材料的影响

将Ti合金插层引入(Ti+B_4C)反应原料和Ti合金底板之间,研究Ti合金插层厚度变化对超重力反应连接TiB2基陶瓷/Ti-6Al-4V梯度复合材料界面显微组织与力学性能的影响。热力学计算表明:合成反应的绝热温度远超Ti合金的熔点,可以保证不同厚度的Ti合金插层全部熔化。XRD、FESEM及EDS分析结果表明:在陶瓷和Ti合金底板之间形成梯度界面区,且随着Ti合金插层厚度的增加,梯度界面区的厚度也不断增大。自陶瓷基体至Ti合金底板,TiB_2和TiC_(1-x)的体积分数不断减少,而TiB的体积分数先增加而后减少,最终形成以TiB_2、TiC_(1-x)及TiB陶瓷相尺寸和分布为特征的梯度复合结构。而梯度连接区的硬度分布趋势更加平缓,其剪切强度不断提升。

PEM水电解用多层钛网析氧阳极制备及性能研究

以钛网为扩散层基体,氯铱酸为前驱体,采用浸渍-热解法制备了IrO_2/Ti析氧阳极,进一步采用热压法制备膜电极.综合扫描电镜、循环伏安、交流阻抗、单池性能曲线测试及阳极寿命强化测试,研究了不同层数钛网析氧阳极对性能及寿命的影响.结果表明:与单层钛网析氧阳极比较,采用双层钛网析氧阳极,积分电荷由84.27 m C/cm2增至153.12 m C/cm2,电极电化学反应阻抗由7.38Ω·cm2降低至3.03Ω·cm2,单池性能得到提升.寿命强化测试表明,采用双层钛网析氧阳极在稳定性及寿命方面有显著提升,稳定运行时间由30 h增加到了53 h.