预设升温速度对W-Cu合金性能的影响

采用Gleeble—3500D热模拟机,通过对烧结体密度、显微结构以及硬度的分析,研究了电场作用下预设升温速度对W-20Cu体系快速烧结的影响。结果表明:W-20Cu复合粉在800℃、较短时间(3min)内进行快速烧结可得到烧结性能良好、平均晶粒尺寸约0.4μm的W-Cu合金;并且随着预设升温速度的提高,电场的作用愈强,压坯所获得的热流密度愈大,这有利于烧结体的致密化;同时,预设升温速度的提高,合金的硬度呈递增趋势。     

钨粉粒度和形状对选区激光熔化W-xCu成形与显微组织的影响

为获得高精度、高致密度W-Cu复合材料零部件,试验选用了两种不同形状、粒度的W粉与同种Cu粉按照不同质量比混合进行选区激光熔化(SLM)。研究了试样的尺寸精度、表面形貌与显微组织。采用D_(50)=5μm、形状不规则W粉的W-Cu混合粉末,铺粉过程不均匀,烧结中飞溅严重,随着W的质量分数从60%增加至75%,成形试样高度方向收缩量从70μm增加至220μm,长度、宽度方向膨胀量分别从50μm增长至150μm、从70μm增长至150μm,成形试样表面从较多黏着物演变为球化明显,金相中存在气孔,W相发生团聚。采用D_(50)=20μm、形状规则W粉的W-Cu混合粉末,铺粉过程均匀,烧结中无明显飞溅,随着W的质量分数从60%增加至75%,成形试样高度方向收缩量从20μm增加至60μm,宽度、长度方向膨胀量从20μm增长至50μm,成形试样表面从平整向熔道断续发展,W相发生颗粒重排。D_(50)=20μm、形状规则的W粉更适宜选区激光熔化制作W-Cu复合材料。     

SiCp/Al复合材料在电子封装应用中的基础研究

采用挤压铸造方法,制备了高体积分数的SiC增强铝基复合材料。经扫描电镜分析,复合材料颗粒分布均匀,材料组织致密。通过改变铝合金成分与SiC含量,SiCp/Al复合材料材料热膨胀系数介于(6.9~9.7)106℃1之间可调,热导率大于120 W/(m·℃),材料的比强度、比模量高。对材料表面涂覆性能进行了可行性研究,得到了实用的Ni和Cu镀层。     

压力对W-Cu合金电场快速烧结的影响

采用Gleeble—3500D热模拟机,用电场快速烧结的方法制得W-Cu合金。通过对烧结压坯的密度、显微结构以及硬度的分析,研究了压力对W-Cu合金烧结的影响。结果表明:W-Cu合金在800℃、3 min内快速烧结可获得晶粒较细小、显微组织较均匀的烧结体;在10~30 MPa范围内加压能有效促进烧结体的致密化,可获得相对密度为92.60%~94.84%的W-Cu合金烧结体。但是随着压力的增加,烧结体的相对密度增加不明显。压力可使该烧结体显微硬度增高。     

Epitaxial growth of LaMnO3 buffer layers for YBa2Cu3O7-δ coated conductors using pulsed laser deposition

采用脉冲激光沉积技术在双轴织构的Ni95W5(Ni-5W)合金基底上外延生长了LaMnO3(LMO)薄膜作为涂层导体缓冲层,研究了沉积温度对LMO薄膜生长织构和表面形貌的影响.研究结果表明:沉积温度对LMO薄膜的表面形貌有一定的影响;在沉积温度为650℃时,LMO薄膜具有良好的(00l)取向,薄膜表面平整均匀,光滑致密,其均方根粗糙度在2 nm以下;而且,在此LMO缓冲层上外延生长的YBa2Cu3O7-δ超导层具有良好的双轴织构,超导转变温度Tc为92 K,转变宽度小于1K,临界电流密度Jc为5.3×105A/cm2(77 K,自场).     

钽酸锂黑片的制备与性能研究

为了获得高均匀性、低热释电的钽酸锂(LT)晶片,采用粉末掩埋法对42°Y-LT晶片进行了还原处理。结果表明,还原处理后的晶片电阻率为3.98×10~(10)Ω·cm;在365 nm处透过率约为36.5%,透过率均匀性为1.15;热导率为2.66 W/(m·K),热膨胀系数为2.79×10~(-6) K~(-1),满足器件使用要求。通过声表面波器件验证实验表明,晶片抗静电能力效果明显,器件成品率较高,一致性好。     

复合陶瓷颗粒/环氧模塑料的制备与性能

选用SiO_2、Al_2O_3、Si_3N_4三种陶瓷颗粒的复合填充环氧模塑料(EMC),研究了不同填料种类、含量对EMC导热系数、热膨胀系数(CTE)、介电常数等性能的影响随着填料百分含量的增加,EMC的热导率、介电常数也随之增加,而其热膨胀系数显著下降相同体积百分含量下,Al_2O_3、Si_3N_4复合体系EMC热导率和介电常数高于SiO_2、Si_3N_4复合体系,而其热膨胀系数比后者低。百分含量为60%时,前者热导率达到2．254 W(m·K)~(-1)、后者达到2．04w(m·K)~(-1)。百分含量为65%时,其CTE分别为1．493×10~(-5)K~(-1)、1．643×10~(-5)K~(-1),同时两体系复合材料的介电常数可以维持在较低水平     

大尺寸TGG晶体生长与性能研究

铽镓石榴石(Tb_3Ga_5O_(12),TGG)晶体具有大的Verdet常数、低的透射损耗、高的热导率及高的激光损伤阈值,是制作高功率全固态激光器中法拉第隔离器的最佳磁光材料。采用自主研发的JGD-800型上称重自动提拉炉,成功生长出φ53mm×80mm,外观完整,无开裂、无螺旋的TGG晶体。加工了用于高功率隔离器、尺寸为φ40mm×30mm的TGG样品,通过可见及近红外分光光度计测试,晶体透过率约为80.6%;测试晶体的室温热导率为4.566 W/(m·K),其热导率随温度升高而下降。热膨胀测试结果表明,在26.5~200℃时,热膨胀系数为-2.682 0×10-6 K~(-1);在200~500℃时,热膨胀系数为15.090 4×10~(-6) K~(-1)。通过正交消光法测试1 064nm波长晶体的Verdet常数为39.9rad/(mT);经ZYGO干涉仪测试晶体的光学均匀性为4.3×10~(-6),透射波前为λ/5(波长λ=632.8nm);采用波长1 064nm,10Hz、9ns激光测试晶体的激光损伤阈值为3.5GW/cm~2。结果表明,本实验方法生长的大尺寸TGG晶体质量较好,在高功率全固态激光器领域中具有广泛的应用前景。     

脉冲激光外延生长YBa2Cu3O7–δ涂层导体LaMnO3缓冲层

采用脉冲激光沉积技术在双轴织构的Ni95W5(Ni-5W)合金基底上外延生长了LaMnO3(LMO)薄膜作为涂层导体缓冲层,研究了沉积温度对LMO薄膜生长织构和表面形貌的影响。研究结果表明：沉积温度对LMO薄膜的表面形貌有一定的影响;在沉积温度为650 ℃时,LMO薄膜具有良好的(00l)取向,薄膜表面平整均匀,光滑致密,其均方根粗糙度在2 nm以下;而且,在此LMO缓冲层上外延生长的YBa2Cu3O7–δ超导层具有良好的双轴织构,超导转变温度Tc为92 K,转变宽度小于1 K,临界电流密度Jc为5.3×105 A/cm2(77 K,自场)。     

粉末混合均匀性及W粉形态对激光直接成形W-Cu复合材料成形质量的影响

进行了W-Cu复合材料的激光直接成形实验,研究了混合粉末均匀性和W粉的形态对激光直接成形W-Cu复合材料成形质量的影响,对成形试样的微观组织进行了分析,并测量了成形件的致密度。研究结果表明,当混合粉末均匀性较差时,成形气孔主要是由W粉末颗粒团聚引起,且随着激光功率的增大,成形气孔数量增多,成形件的致密度减小。使用直径为54~100μm的球形W粉,由于粉末流动性好,成形试样的致密度大于99%;使用直径为25~54μm的球形W粉,由于送粉过程中粉末飞散,成形试样Cu、W分布不均匀,成形试样表面凹凸不平。     

选区激光熔化不同层厚镍的热特性与机械性能

为解决商用选区激光熔化设备制作散热器生产效率低的问题并使之保持良好的散热特性与机械性能,采用纯Ni粉末进行不同层厚选区激光熔化成形获得了高效制作、性能良好的样品。从致密度、金相显微组织、热特性、机械性能等方面展开研究,一定范围内增加层厚能够提高成形效率并且保证成形样品的热特性与机械性能。超过激光可烧结的层厚阈值时,烧结轨迹为球化线。在可烧结层厚范围内,改变工艺参数能使成形体均接近完全致密。层厚由20μm增加至40μm,初始枝晶间距由305 nm增至639 nm。热导率由20μm时的99.28 W/K·m降低至40μm成形时的92.48 W/K·m。25℃~100℃时,40μm层厚成形体热膨胀系数由11.02×10~(-6)m/(m·℃)升至12.9×10~(-6)m/(m·℃),低于对应温度区间内20μm层厚成形体热膨胀系数由11.42×10~(-6)m/(m·℃)升至13.4×10~(-6)m/(m·℃)。20μm层厚与40μm层厚成形试样的拉伸强度均远高于国标锻压件。应用选区激光熔化技术成形散热器,采用40μm层厚成形的生产效率比20μm层厚成形提高34.6%。     

Er3+: Y0.5Gd0.5VO4激光晶体的生长和热学性质

用提拉法生长出Er3 : Y0.5Gd0.5VO4单晶,用电感耦合等离子体(ICP)光谱法测定晶体中Er3 原子数分数为0.83%,有效分凝系数为1.03.在30～1300℃测量了晶体a轴和c轴的热膨胀系数分别为2.08×10-6/℃,8.87×10-6/℃;测得晶体在25℃时的比热值为0.48J/(g·K).采用激光脉冲法测量了晶体的热扩散系数,并通过计算得出晶体的热导率,在25～200℃温度范围,晶体在<100方向上的热导率为6.1～4.9W/(m·K),在<001方向上的热导率为7.7～6.2W/(m·K).     

Er~(3 )∶Y_(0.5)Gd_(0.5)VO_4激光晶体的生长和热学性质

用提拉法生长出Er3 ∶Y0.5Gd0.5VO4单晶,用电感耦合等离子体(ICP)光谱法测定晶体中Er3 原子数分数为0.83%,有效分凝系数为1.03。在30～1300℃测量了晶体a轴和c轴的热膨胀系数分别为2.08×10-6/℃,8.87×10-6/℃;测得晶体在25℃时的比热值为0.48J/(g.K)。采用激光脉冲法测量了晶体的热扩散系数,并通过计算得出晶体的热导率,在25～200℃温度范围,晶体在〈100〉方向上的热导率为6.1～4.9W/(m.K),在〈001〉方向上的热导率为7.7～6.2W/(m.K)。     

选区激光熔化钴铬合金的性能研究

利用自主开发的选区激光熔化设备以钴铬合金为成型材料,在进行了系统的工艺优化研究的基础上,对选区激光熔化(SLM)制件成型过程中表面粗糙度演化、微观形貌、致密度以及硬度之间的内在联系进行了研究。研究发现:成型过程中粉层的熔化收缩以及厚度的累积是造成成型质量变差的重要原因;较小的表面粗糙度累积效应,可大大减少成型件内部的孔隙数量从而提高致密度,粉层厚度的降低是减小表面粗糙度累积效应和提高致密度的关键;制件的宏观硬度比显微硬度对制件致密度存在更显著的依赖关系:致密度越大,宏观硬度越大。通过优化工艺制得的工件致密度达到98.04%,宏观硬度为40HRC,符合美国材料实验协会(ASTM)标准。     

InAs/GaSb超晶格/GaSb体材料中短波双色红外探测器

采用GaSb体材料和InAs/GaSb超晶格分别作为短波与中波吸收材料,外延生长制备了NIPPIN型短中双色红外探测器。HRXRD及AFM测试表明,InAs/GaSb超晶格零级峰和GaSb峰半峰宽FWHM分别为17.57 arcsec和19.15 arcsec,10μm×10μm范围表面均方根粗糙度为1.82?。77 K下,SiO_2钝化器件最大阻抗与面积乘积值RA为5.58×10~5Ω?cm~2,暗电流密度为5.27×10~(-7)A?cm~(-2),侧壁电阻率为6.83×10~6Ω?cm。经阳极硫化后,器件最大RA值为1.86×10~6Ω?cm~2,暗电流密度为4.12×10~(-7)A?cm~(-2),侧壁电阻率为4.49×10~7Ω?cm。相同偏压下,硫化工艺使器件暗电流降低1-2个数量级,侧壁电阻率提高了1个数量级。对硫化器件进行了光谱响应测试,器件具有依赖偏压极性的低串扰双色探测性能,其短波通道与中波通道的50%截止波长分别为1.55μm和4.62μm,在1.44μm、2.7μm和4μm处,响应度分别为0.415 A/W、0.435 A/W和0.337 A/W。     

基于金属-半导体-金属结构的Bi2Te3室温高响应率太赫兹探测器

基于二维拓扑绝缘体Bi_2Te_3材料利用微纳工艺制备了金属-拓扑绝缘体-金属(MTM)结构的太赫兹光电探测器.器件在0. 022 THz的响应率可达2×10~3A/W,噪声等效功率(NEP)低于7. 5×10~(-15)W/Hz~(1/2),探测率D~*高于1.62×10~(11)cm·Hz~(1/2)/W;在0. 166 THz的响应率可达281. 6 A/W,NEP低于5. 18×10~(-14)W/Hz~(1/2),D~*高于2. 2×10~(10)cm·Hz~(1/2)/W;在0. 332 THz的响应率可达7. 74 A/W,NEP低于1. 75×10~(-12)W/Hz~(1/2),D~*高于6. 7×10~8cm·Hz~(1/2)/W;同时器件在太赫兹波段具有小的时间常数(7～8μs).该项工作突破了传统光子探测的带间跃迁,实现了可室温工作、高响应率、高速响应以及高灵敏度的太赫兹探测器件.     

选择性激光熔融钴铬合金成形工艺研究

针对牙科钴铬合金(remanium star CL)进行选择性激光熔融(SLM)成形实验,测试分析钴铬合金成形件微观组织及表面质量,研究激光功率、扫描速度、扫描间距及其综合作用下的激光能量密度对钴铬合金件表面粗糙度、相对密度及维氏硬度的影响。研究结果表明,相同激光能量密度下,不同的激光功率、扫描速度、扫描间距也会导致不同的表面粗糙度。SLM成形钴铬合金件相对密度随激光功率的增加而增大且变化速率逐渐缓慢;扫描速度在80~100 mm/s时,钴铬合金SLM成形相对密度最大值达94.95%。随着激光扫描间距的增大,钴铬合金件的相对密度下降。试件维氏硬度随激光功率和扫描速度的增大均呈现先增大后减小的变化规律。此外,激光功率从50 W变为100 W时,网状晶粒平均尺寸由0.8μm增大到2μm左右,然而过大的激光功率将导致晶粒尺寸过大使硬度降低。SLM成形钴铬合金件维氏硬度平均硬度为392 HV,在合理范围内略高于标准值。     

激光熔覆W-Cu复合材料的组织形貌与工艺参数的相关性

采用同轴送粉法进行了W-Cu复合粉末的激光熔覆实验,研究了不同工艺参数对单道熔覆层几何特性和颗粒分布的影响,提出了有效质量能量密度(k)概念。结果表明,在单道熔覆实验加工体系下,熔覆层的散逸能量密度约为3.5×10~(-3) kJ·mm~(-2)。在一定加工条件下,熔覆层中存在有效质量能量密度临界值(k′),当kk′时,熔覆层中可以形成稀释区;随着k值的减小,熔覆层内的W颗粒发生团簇→均匀分布→沿熔覆层边缘分布→"W包Cu"不同状态的变化。单道多层熔覆时,k值受单道熔覆层形状的影响较大,熔覆层宽高比越小,实际的k值和试样的相对致密度越小。     

直接敷铜技术中铜箔预氧化层的检测与控制

通过控制氧化的方法对制备敷铜陶瓷基板(DBC基板)的铜层进行预氧化处理。研究了预氧化温度、氧分压对铜箔氧化层物相和厚度的影响,采用拉曼光谱仪测试铜箔氧化膜物相组成,采用紫外-可见分光光度计测试铜箔氧化膜的吸光度,确定了铜箔表面氧化物层吸光度与厚度的关系。结果表明:预氧化温度在400~800℃,氧分压控制在100×10~(–6)~700×10~(–6),铜箔表面生成一层氧化亚铜(Cu_2O)层;在过高的预氧化温度和氧分压条件下,铜箔表面就会生成Cu O物相,而且氧化膜层变厚,表面疏松、局部出现氧化膜脱落,不利于DBC基板的制备。当氧分压为500×10~(–6),预氧化时间为1 h,温度为600℃时,铜箔表面可以获得均匀致密的Cu_2O薄膜,并且氧化膜与基体Cu结合紧密,有效提高DBC基板的结合性能。     

高导热金刚石/玻璃复合材料的制备和性能研究

首先对金刚石颗粒进行化学镀Cu,并控制氧化,从而在金刚石颗粒表面获得Cu-Cu2O复合结构。然后,在800℃无压烧结制备了金刚石/玻璃复合材料,观察了其表面和界面形貌,并测定了其相对密度和热导率。结果表明,通过对镀Cu金刚石的控制氧化,明显改善了玻璃对金刚石颗粒表面的润湿性,避免了玻璃对金刚石颗粒表面的侵蚀,提高了复合材料的热导率;复合材料的热导率随金刚石含量的增加而增加,当金刚石质量分数为70%时,热导率最高达到了14.420W/(m·K)。