氮流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响

目的研究磁控溅射过程氮气(N_(2))流量对六方氮化硼(hBN)薄膜结构和力学性能的影响,为设计新型结构hBN薄膜提供新思路。方法利用中频电源磁控溅射硼靶,调节不同N_(2)流量(6、12、18、24、30、36 mL/min),沉积4 h后得到hBN薄膜,使用表征工具分析N_(2)流量对hBN薄膜的组成、微观结构、表面形貌以及力学性能的影响。最后使用透射电子显微镜和选区电子衍射对所制备薄膜的纳米晶粒尺寸和晶体点阵结构进行分析。结果XRD结果显示,薄膜物相主要为hBN。XPS结果说明,所制备薄膜为富硼hBN薄膜。薄膜的硬度和弹性模量随N_(2)引入量的增加呈现先下降、后上升的趋势,最大硬度可达7.21 GPa,对应弹性模量为116.78 GPa。薄膜最低的硬度值为1.2 GPa,弹性模量为32.68 GPa。薄膜弹性破坏应变(H/E*)和塑性变形抗力(H3/E*2)随N_(2)引入量的增加也呈现先上升、后下降的趋势,硬度最高薄膜对应的H/E*值为6.414×10^(-2),H3/E*2值为29.27×10^(-3)GPa,最低硬度值对应的H/E*值为3.819×10^(-2),H3/E*2值为1.77×10^(-3)GPa。透射结果显示,当N_(2)引入量从6 mL/min逐渐增加到36 mL/min时,薄膜微观结构由结晶较差的卷曲结构过渡到局部纳米晶结构,最后形成结晶性较好的卷曲结构,并再次证明所制备薄膜为hBN。结论在中频磁控溅射沉积hBN薄膜时,通过调整N_(2)流量可以有效调节薄膜的特殊组成,使结构发生转变,进而影响薄膜的力学性能。

Si_3N_4-hBN复相陶瓷材料在海水环境中的摩擦学特性研究

通过热压烧结制备不同含量hBN的Si_3N_4复相陶瓷材料,利用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机研究Si_3N_4-hBN复相陶瓷材料与Ti6Al4V钛合金在海水环境下的摩擦学性能,采用扫描电子显微镜(SEM)来观察分析材料的磨损形貌;同时采用EDS能谱仪对摩擦表面的元素分布进行定性分析并且对摩擦表面膜的元素分布进行定性分析.结果表明,hBN的加入降低了Si_3N_4陶瓷材料的物理力学性能;海水环境,20 N、1 000r/min条件下,纯氮化硅(0.467,1.01×10-5 mm^3/Nm)的摩擦因数和磨损率高于hBN含量为5%(0.411,5.58×10-6mm^3/Nm)和10%(0.417,6.55×10-6 mm^3/Nm)的Si_3N_4复相陶瓷材料,低于hBN含量为20%(0.505,2.07×10-5 mm^3/Nm)和30%(0.485,1.34×10-5 mm^3/Nm)的Si_3N_4复相陶瓷材料.当hBN含量为5%时,摩擦配副的摩擦因数和磨损率均最低,表明了Si_3N_4-5 wt.%hBN具有良好的摩擦学性能,这归因于TC4盘试样表面生成了具有润滑作用的SiO_2、TiO_2、Fe_2O_3、Al(OH)3和Mg(OH)2等物质,该物质不仅能改善配副摩擦的摩擦因数,还对摩擦表面起到了一定的保护作用.

煅烧石油焦及六方氮化硼对摩阻材料摩擦磨损性能的影响

在酚醛树脂基摩阻材料中分别添加煅烧石油焦（CPC）及六方氮化硼（hBN）作为摩擦改性剂，研究了2种摩擦改性剂对酚醛树脂基摩阻材料的力学性能和摩擦磨损性能的影响，通过热失重试验分析了复合材料的耐温性能，并利用扫描电子显微镜观察复合材料的磨损表面形貌．结果表明：当hBN体积分数为10％～15％时，摩阻材料与树脂基体的粘接强度最强且能够明显降低复合材料的硬度，有助于在摩擦界面生成均匀牢固的润滑膜而起到降低磨损率、稳定摩擦系数的作用；当hBN体积分数超过15％时，由于hBN过饱和及其与树脂基体的相容性差，导致摩阻材料机械强度下降，磨损率增大；随着CPC含量增加，摩阻复合材料的机械强度增加，摩擦磨损性能降低；CPC和hBN的体积分数为12％时能够不同程度地提高摩阻材料的耐温性能及降低其对速度和载荷的敏感性，且含12％hBN摩阻材料的热稳定性最佳，其摩擦磨损性能对速度和载荷的敏感性最小，