磁控溅射参数对ZrB2/ZrAlN纳米多层膜结构和性能的影响

选择ZrB2和ZrAlN作为个体层材料,利用超高真空射频磁控溅射系统在80 nm调制周期下,制备了一系列ZrB2/ZrAlN纳米多层膜,用XRD、表面轮廓仪和纳米力学测试系统分析了物相及晶体结构.研究表明：纳米多层膜体系的各项性能随着Ar/N2流量比例的变化而变化,多层膜的纳米硬度值和弹性模量均高于两种个体材料混合相的硬度值,残余应力也得到缓解,合适的N2气分压可以使多层膜体系的机械性能达到最佳.     

ZrC/ZrB2纳米多层膜的微结构和耐磨性

采用射频磁控溅射方法在Si(100)基底上制备了一系列ZrC/ZrB2纳米多层膜和ZrC,ZrB2单层薄膜.通过扫描电子显微镜(SEM),MS-T3000摩擦磨损仪及表面轮廓仪(XP-2)研究了薄膜的微结构和耐磨性.结果表明,多层膜的界面清晰,调制周期性好,周期为3.52 nm的多层膜摩擦系数最小,约为0.24;ZrC/ZrB2纳米多层膜的耐磨性优于ZrC和ZrB2单层薄膜;ZrC/ZrB2多层膜耐磨性提高的主要原因是,调制结构中大量界面的存在,提高了薄膜的韧性,从而增强了薄膜的耐磨性能.     

调制比对TiB2/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t ...     

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.     

AlN／CrN纳米多层膜的制备及性能的研究

采用多弧离子镀技术制备A1N／CrN纳米多层膜,研究了多层膜调制周期对A1N生长结构的影响以及纳米多层膜的机械性能．结果表明：在小调制周期下A1N会以立方结构存在,并与CrN层形成同结构共格外延生长,使纳米多层膜产生较大的晶格畸变;A1N／CrN纳米多层膜硬度和弹性模量随着调制周期的减小呈现上升的趋势,当调制周期小于8nm时其增速明显增大,并在调制周期为3．8nm时达到最高硬度35．0GPa和最高弹性模量405GPaA1N／crN纳米多层膜的硬度和弹性模量在小调制周期时的升高与c-A1N的产生并和CrN形成的共格结构有关．     

调制周期对TiCrN/WN多层膜结构与力学性能的影响

为了研究调制周期对TiCrN/WN多层薄膜结构与力学性能的影响,采用超高真空射频磁控溅射系统在Si(100)基底表面制备了一系列TiCrN/WN多层薄膜,利用X线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、纳米压痕仪和表面轮廓仪等分析TiCrN/WN多层膜的结构特征以及硬度、应力和弹性模量等机械性能.结果表明:TiCrN/WN多层膜具有周期性良好的调制结构,调制界面清晰.调制周期的改变对TiCrN/WN多层膜的结构和机械性能影响较大.当调制周期Λ=25nm时,多层膜体系表现出较强的W2N(111)和TiCrN(111)择优取向.此时,多层膜的硬度和弹性模量均达到最大值,分别为40.84GPa和408.85GPa.     

不同靶材制备TaN单层薄膜的晶体结构与力学性能

以钽氮化物为个体层材料,利用FJL560CI2型超高真空射频磁控与离子束联合溅射系统,制备以TaN和金属Ta为靶材的两种TaN单层薄膜.通过XRD和纳米力学测试系统分析它们的晶体结构和TaN靶材对薄膜机械性能的影响.结果表明,TaN靶材制备的TaN单层膜的纳米硬度值普遍高于Ta靶材的;当工作气压为0.4 Pa时,TaN单层膜的硬度最大,即35.4 GPa,其结晶出现多元化,使单层膜的硬度、弹性模量以及膜基结合性能均达到最佳.     

Ar/N_2气体比例对ZrN/WTiN纳米多层膜的影响

选择ZrN和WTi N作为个体层材料,利用超高真空射频磁控溅射系统制备ZrN,WTi N和一系列的ZrN/WTi N纳米多层薄膜.通过X射线衍射仪(XRD)和纳米力学测试系统分析制备参数中Ar/N2气体比例对多层膜结构与机械性能的影响.结果表明:多层膜的纳米硬度值普遍高于2种个体材料混合相的硬度值;当FAr∶FN2=5时,ZrN/WTi N纳米多层薄膜出现了ZrN(111),Ti N(111)衍射峰和非晶态,多层膜体系的硬度、应力和弹性模量均达到最佳效果.     

VN/(Ti,Al)N纳米多层膜的共格生长与超硬效应

采用反应磁控溅射技术制备了一系列具有不同调制周期的VN/(Ti,Al) N纳米多层膜.利用高分辨透射电子显微镜、X-射线衍射仪和微力学探针表征了纳米多层膜的微结构和力学性能,从而研究其微结构与力学性能之间的关系.结果表明,小调制周期时,VN/(Ti,Al) N纳米多层膜沿薄膜生长方向呈现出具有面心立方(111)晶面择优取向的共格外延生长结构.由于存在晶格错配,在共格界面作用下,VN和(Ti,Al)N调制层分别受到拉、压应力,在多层膜中产生以调制周期为周期的交变应力场.这种应力场大大阻碍了薄膜中位错穿过界面的运动,从而导致薄膜产生硬度和弹性模量异常升高的超硬效应,并在调制周期为5.6 nm时,达到硬度和弹性模量的最高值38.4GPa和421 GPa.进一步增加调制周期,两调制层之间产生非共格界面,破坏了薄膜中的交变应力场,薄膜的硬度和弹性模量也随之降低.     

调制比对TC4/ZrB_2多层膜结构和机械性能的影响

为研究不同调制比对TC4/ZrB_2(tTC4∶tZrB_2)纳米多层膜结构和机械性能的影响,采用磁控溅射镀膜技术在Si基底上设计制备了一系列具有不同调制比(tTC4∶tZrB_2)的TC4/ZrB_2纳米多层薄膜,利用X线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)和纳米压痕系统对多层膜的晶体结构、断面形貌、硬度、弹性模量和膜基结合情况进行测量,并通过退火处理对多层膜的热稳定性进行分析.结果表明:界面的扩散和畸变抑制了两调制层的结晶生长,使多层膜呈非晶结构.在tTC4∶tZrB_2为1∶5时,多层膜的硬度和弹性模量均达到最大,分别为22.40 GPa和263.11 GPa.在550℃退火后,多层膜硬度增加约2.6GPa.分析认为,两材料的模量差和界面处形成的交变应力场强化了材料的硬度,而混合界面的存在增强了多层膜的高温稳定性能.     

Doping effects of ZrC and ZrB2 in the powder-in-tube processed MgB2 tapes

We have investigated the effects of ZrC and ZrB2 doping on the superconducting properties of the powder-in-tube processed MgB2/Fe tapes. Sam- ples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM/EDX), transport and magnetic measurements. We confirmed the fol- lowing quite different roles of ZrC and ZrB2 in MgB2. ZrC doping was found to decrease the transport critical current density (Jc) at 4.2 K, while the critical temperature (Tc) kept constant. In contrast, the Jc values in magnetic fields were enhanced greatly by the ZrB2 addition, which resulted in a decrease in Tc by only 0.5 K. The reason for different effects of two dopants is also discussed.     

TiN/Si3N4界面结构对Ti-Si-N纳米晶复合膜力学性能的影响

采用多层膜模拟的方法研究了Ti-Si-N纳米晶复合膜中Si3N4界面相的存在方式，以探讨纳米晶复合膜的超硬机制。研究结果表明：Si3N4层厚对TiN／Si3N4多层膜的微结构和力学性能有重要影响。当Si3N4层厚小于0．7nm时，因TiN晶体的“模板效应”，原为非晶态的Si3N4晶化，并反过来促进TiN的晶体生长，从而使多层膜呈现TiN层和Si3N4层择优取向的共格外延生长。相应地，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为34．0GPa和352GPa．当层厚大于1．3nm后，Si3N4呈现非晶态，多层膜中TiN晶体的生长受到Si3N4非晶层的阻碍而形成纳米晶，薄膜的硬度和弹性模量亦随之下降。由此可得，Ti-Si-N纳米晶复合膜的强化与多层膜中2层不同模量调制层共格外延生长产生的超硬效应相同。     

高取向聚合物分子取向度与结晶度的各向异性

聚合物分子具有内部各向异性的物理特性,从而导致聚合物整体在大分子取向时呈现各向异性.为克服形态学超分子结构在评价这一特性时带来的误差,作者通过胶凝/结晶作用,制取超拉伸聚乙烯和聚丙烯薄膜,使之具有近乎完美的分子取向度及结晶度的形态,可以使得测量结果更为精确。利用广角X射线衍射(WAXD),直接测定了高取向聚乙烯和聚丙烯的结晶格子模量。在此基础上,测量并讨论了高取向聚合物结晶格子模量与杨氏模量、取向度、结晶度、温度之间的相互关系,以及在晶体色散研究中的一些现象与机理,从而澄清了聚乙烯与聚烯内部各向异性的几个特征。同时还研究了超拉伸聚乙烯的动态弹性模量、动态损耗模量和凝胶薄膜的力学性能。     

溅射功率对GeSb2Te4膜形貌及力学性能的影响

利用电子回旋共振CVD设备的射频磁控溅射方法制备了GeSb2Te4膜，采用原子力显微镜、纳米硬度计以及侧向力显微镜考察了不同溅射功率对GeSb2Te4膜表面微观结构以及力学性能的影响．结果表明：在一定的溅射功率范围内，由于薄膜生长方式从三维向二维的转化，薄膜的表面粗糙度随功率的增大而降低，而且薄膜致密度也随之提高，从而使得非晶态GeSb2Te4膜硬度和弹性模量增大．利用能量密度理论对这一现象进行了分析．另外，由于表面能等因素的影响，功率为63W制备的GeSb2Te4膜粘附力较高，摩擦系数却较小．     

高压下ZrB3与NbB3力学性质的第一性原理研究

此文用密度泛函理论的赝势平面波方法的第一性原理研究了过渡金属化合物ZrB_3与NbB_3(m-AlB_2、OsB_3和MoB_3结构)在高压下的力学性质和电子结构特点,获得了在常压下,m-AlB_2是最稳定的结构,当压强升高到40GPa时发生相变,高压下最稳定是OsB_3结构.m-AlB_2-NbB_3具有最大的剪切模量204GPa,最高的德拜温度921K和最大的硬度值27.3GPa,属于潜在的超不可压缩材料.MoB_3-NbB_3、OsB_3-NbB_3和m-AlB_2-ZrB_3的硬度值分别达到了24.9GPa、22.6GPa和19.8GPa.它们的电子态主要是由M-4d态和B-2p态杂化叠加形成的,在费米能级处取值均不为零,故这些化合物都具有金属性等有益结果.     

ZrYN层厚度对CrN/ZrYN纳米多层膜微观结构和力学性能的影响

采用磁控溅射技术在单晶Si基片上交替沉积CrN层、ZrYN层，制备不同厚度ZrYN层的CrN/ZrYN纳米多层膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、纳米压痕仪表征纳米多层膜的微观结构和力学性能。结果表明：随着ZrYN层厚度的增大，纳米多层膜中CrN相的结晶程度呈现出先上升后下降的趋势；纳米多层膜的硬度、弹性模量、韧性也呈现出先增大后减小的趋势；当ZrYN层厚度为0.9 nm时，纳米多层膜具有最高的硬度、弹性模量、韧性，分别为20.3 GPa、210.4 GPa、2.25 MPa·m^1/2。上述结果表明，随着ZrYN层厚度的增大，纳米多层膜出现由晶态向非晶态转变，在非晶态下，能够获得良好的综合力学性能。