石墨衬底生长高质量金刚石膜的优势

石墨衬底上可以沉积出晶体取向性较强的(220)织构的金刚石膜,这种金刚石膜的热导率高、断裂强度大;石墨衬底上沉积金刚石形核致密、速度快;石墨上沉积的金刚石膜纹理缺陷少。对石墨衬底的这些优势做了比较详尽的分析。     

直流电弧等离子喷射法沉积大面积金刚石厚膜的研究

在自行研制的直流电弧等离子喷射化学气相金刚石膜设备上,初步研究了衬底温度、甲烷浓度、输入功率和循环气量等工艺参数对沉积金刚石膜的影响.总结出了制备各种级别金刚石膜的一般规律.并以11μm/h的沉积速率制备了直径60mm、厚度均匀的高质量自支撑金刚石膜,热导率可达18W/cm·K,厚度为0.7mm,其热导率已接近天然金刚石.     

高导热金刚石膜表面金属化研究

本论文采用直流热阴极PCVD方法制备金刚石膜,研究了金刚石膜热导率,制备出了高热导的金刚石膜,满足金刚石膜在散热器件方面的应用;采用Ag72Cu28和钛粉作为钎料,在低真空环境下通过热扩散原理建立了大面积金刚石膜表面改性工艺,满足金刚石膜工具规模化生产要求。     

陶瓷-金刚石膜复合材料在微电子技术中的应用前景

微电子技术、微电路构装技术、功能材料与器件技术的发展，使器件与电路工作速度不断提高和单位体积内热耗散量大幅度增加．这要求封装基片和构装基板材料具有极高的热导率和较小的介电系数．金刚石热导率高，介电系数低，介电损耗低，热膨胀系数与单晶硅非常接近，是目前电子器件、电路和系统的最理想的封装基片和构装基板．用金刚石膜为基础的复合材料来制备高热导率和低介电常数的基片，是一种性能／价格比非常高的选择．本文综述陶瓷－金刚石膜复合材料在微电子技术中的应用前景．并介绍目前我们的研究现状．     

放电电流对热阴极等离子体化学气相沉积金刚石膜影响

建立了快速沉积高品质金刚石膜的热阴极辉光放电等离子体化学气相沉积新方法. 相对于常规冷阴极辉光放电而言,热阴极辉光放电是一种新型放电形式,具有许多新的特性,其中重要一点是具有较高的放电电流(6.0～10.0 A). 较高的放电电流既是热阴极辉光放电本身的突出特点,同时对于化学气相沉积金刚石膜工艺也产生重要影响. 实验研究了放电电流于金刚石膜沉积速率、表面形貌和热导率的影响,发现由于放电电流影响辉光放电的等离子体区和阳极区,进而对金刚石膜的沉积速率和品质有很大影响. 特别是通过放电电流的提高,可以有效地提高金刚石膜的品质,这对于制备优质金刚石膜产品有重大意义.     

CVD金刚石膜{100}取向生长的原子尺度仿真

运用动力学蒙特卡洛(KMC)方法从原子尺度对CVD金刚石膜{100}取向在3种不同化学反应模型下的生长进行了仿真.结果表明:(1)以CH3为主要生长组元的生长机制比较适合于{100}取向金刚石膜的生长;(2) 对金刚石{100}取向而言,含有双碳基团的模型沉积速度并不比含有单碳基团的模型沉积速度大;(3)在高的生长速率下仍有可能获得表面粗糙度较小的金刚石膜;(4)对Harris模型的仿真结果与其本人的预测结果一致,并与实验结果符合良好.     

镀层对金刚石/玻璃复合材料性能的影响

为满足现代电子工业日益增长的散热需求,急需研究和开发新型高导热陶瓷(玻璃)基复合材料,而改善复合材料中增强相与基体的界面结合状况是提高复合材料热导率的重要途径.本文在对金刚石和镀Cr金刚石进行镀Cu和控制氧化的基础上,利用放电等离子烧结方法制备了不同的金刚石增强玻璃基复合材料,并观察了其微观形貌和界面结合状况,测定了复合材料的热导率.实验结果表明:复合材料中金刚石颗粒均匀分布于玻璃基体中,Cu/金刚石界面和Cr/Cu界面分别是两种复合材料中结合最弱的界面;复合材料的热导率随着金刚石体积分数的增加而增加;金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而降低,由于镀Cr层实现了与金刚石的化学结合以及Cr在Cu层中的扩散,镀Cr金刚石/玻璃复合材料的热导率随着镀Cu层厚度的增加而增加.当金刚石粒径为100μm、体积分数为70%及镀Cu层厚度为约1.59μm时,复合材料的热导率最高达到约91.0 W·m-1·K-1.     

激光切割对金刚石膜性能的影响

研究了激光切割对CVD金刚石膜三点弯曲断裂强度和热导率的影响。选择合适的激光 切割电压和切割速度可以避免这种激光损伤并给出了判断该切割电压和切割速度是否合适的 方法。     

金刚石/硅复合材料的制备和导热性能

为探索新型热沉用散热材料,采用高温高压方法烧结制备了金刚石/硅复合材料,并研究了金刚石大小粒度混粉、金刚石含量、渗硅工艺以及金刚石表面镀钛对复合材料的致密度和导热性能的影响.结果表明:在大粒度金刚石粉中掺入小粒度金刚石粉、渗硅和金刚石表面镀钛处理都可提高金刚石/硅复合材料的致密度和热导率;随着金刚石含量增大,复合材料热导率提高;其中75/63μm镀钛金刚石颗粒与40/7μm金刚石颗粒的混粉,当混粉质量分数为95%时,在4～5GPa、1400℃高温高压渗硅烧结,金刚石/硅复合材料的热导率可高达468.3W·m-1·K-1.     

气体循环条件下等离子体喷射CVD金刚石膜的生长稳定性和品质

在气体循环条件下采用H2、CH4和Ar的混合气体,利用100kW直流电弧等离子喷射CVD系统,在850和950℃下在Mo衬底上沉积了不同厚度的金刚石膜;并利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱对膜的形貌、品质、取向和残余应力进行了分析.结果表明:在850℃下,随着金刚石膜厚度的增加,膜的品质不断提高,残余应力逐渐减小,且残余应力为拉应力,膜的生长稳定性很好;在反应气体流速不变的条件下,相比950℃沉积的厚度为120μm的金刚石膜,在850℃下沉积的厚度为110μm的金刚石膜有更好的生长稳定性,膜的品质更高,残余应力更小.     

MPCVD金刚石薄膜形貌与晶向

以甲烷、氢气做为气源,利用微波等离子气相沉积的方法在硅片上沉积金刚石薄膜。研究了不同浓度的甲烷对金刚石薄膜形貌和晶向的影响。结果表明:当甲烷浓度为2.44%时,金刚石薄膜晶粒尺寸小,晶形较差,晶面取向以(111)、(220)面为主;甲烷浓度为0.50%时,金刚石薄膜晶粒尺寸较大,晶粒棱角分明,晶面取向以(111)面为主。     

CVD金刚石涂层刀具在石墨加工中的应用

CVD金刚石涂层是一种新型材料,相比于硬质合金具有更高的切削性能,适用于有色金属和非金属材料的切削加工.本文利用CVD金刚石涂层刀具和硬质合金刀具对石墨进行切削试验,将两种刀具寿命作比较,结果表明：CVD涂层刀具有高硬度、低摩擦系数、高耐磨和高导热的优异性能,与未涂层刀具相比,大幅提高了刀具的耐用度.     

An atomic level study on the out-of-plane thermal conductivity of polycrystalline argon nanofilm

At present, there have been few direct molecular dynamics simulations on the thermal conductivity of polycrystalline nanofilms. In this paper, we generate polycrystalline argon nanofilms with random grain shape using the three-dimensional Voronoi tessellation method. We calculate the out-of-plane thermal conductivity of a polycrystalline argon nanofilm at different temperatures and film thicknesses by the Muller-Plathe method. The results indicate that the polycrystalline thermal conductivity is lower than that of the bulk single crystal and the single-crystal nanofilm of argon. This can be attributed to the phonon mean-free-path limit imposed by the average grain size as well as the grain boundary thermal resistance due to the existence many grain boundaries in polycrystalline materials. Also, the out-of-plane thermal conductivity of the polycrystalline argon nanofilm is insensitive to temperature and film thickness, and is mainly dominated by the grain size, which is quite different from the case of single-crystal nanofilms.     

金刚石涂层刀具干切削硅铝合金性能研究

由于金刚石薄膜涂层具有与天然金刚石相同的高硬度、低摩擦系数、高耐磨和高导热优异性能,因此适用于车削和现代高速干式切削加工,尤其高速切削硅铝合金可提高生产率。文章通过用金刚石薄膜涂层刀具对硅铝合金进行干式切削,探讨其切削性能。试验结果表明,金刚石薄膜涂层刀具磨损是由薄膜显微断裂而逐渐脱落的过程,进给量是影响工件表面粗糙度的主要因素。     

聚酰亚胺薄膜层叠体热处理过程中的结构演变

将双向拉伸PI薄膜,层叠后经800℃炭化所得样品在热压机中进行从2 500℃到2 800℃的高温石墨化处理制得了高定向石墨材料。借助SEM、XRD、四探针法等测试手段分析了PI薄膜层叠成型体在热处理过程中尺寸、传导性能、微观结构等的变化。结果表明石墨化处理后,样品径向增大,厚度减小;2 800℃处理后材料层间距接近单晶石墨的理论层间距,表现出了较高的石墨化程度,且具有高的取向性和传导性能,根据电阻率与热导率的相关公式推得其热导率为1 000 W/(m.K)～1600 W/(m.K).在整个热处理过程中,所生成的物质继承了原料分子的取向性。     

直流电弧等离体喷射CVD金刚石生长面的浸润性研究

为了开展CVD金刚石生长面的浸润性研究,采用直流电弧等离体喷射技术,制备了纳米金刚石自支撑膜、微米金刚石自支撑膜以及毫米单晶金刚石.结果发现：对于相同的金刚石生长表面,接触角按甘油、饱和葡萄糖水溶液、饱和NaCl水溶液和蒸馏水的顺序逐渐增大,表明所制备金刚石的表面对各液体的浸润性逐渐变差;而对于同种滴液,接触角在不同的金刚石表面表现出不同的大小,说明不同的CVD金刚石对于同种液体具有不同的浸润性.而表面能的计算结果表明纳米金刚石自支撑膜生长面的表面能最高,其次是微米自支撑金刚石膜,而单晶金刚石的表面能最小.     

薄膜-基底式管材中脉冲激光产生的温度场

基于材料的热物理参数随温度的变化,用有限元方法对脉冲激光作用于薄膜-基底式双层管状材料时产生的温升进行了数值计算.采用铝薄膜和有机玻璃为基底的慢基底快涂层式组合,分别得到了不同时刻薄膜铝和基底有机玻璃中的温度场随径向和周向的分布曲线.计算结果表明:如果薄膜的热扩散系数远大于基底的,则基底中的温升远小于薄膜中的温升,可忽略不计;薄膜中沿周向除了激光辐照范围外,有意义的温升范围很小.     

Orientation variation along growth direction of millimeter free-standing CVD diamond thinned by mechanical grinding

A free-standing diamond film with millimeter thickness prepared by DC arc plasma jet was thinned successively by mechanical grinding. The orientation and quality of the diamond films with different thicknesses were characterized by X-ray diffraction and Raman spectroscopy, respectively. The results show a random grain-orientation distribution during the initial growth stage. As the film thickness increases, the preferred orientation of the diamond film changes from (111) to (220), due to the competitive growth mechanism. Twinning generated during the nucleation stage appears to stabilize the preferential growth along the 〈110〉 direction. The interplanar spacing of the (220) plane is enlarged as the film thickness increases, which is caused by the increase of non-diamond-phase carbon and impurities under the cyclic gas. In addition, the quality of the diamond film is barely degraded during the growth process. Furthermore, the peak shift demonstrates a significant inhomogeneity of stress along the film growth direction, which results from competitive growth.