纳米Al2O3/Ni基合金复合材料激光熔覆层组织

采用横流5kW CO2激光，在Ni基高温合金表面制备了纳米Al2O3／Ni基合金复合材料激光熔覆层。利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)及附件(EDS)分析了熔覆层的快速凝固组织、成分及纳米颗粒的分布。结果表明，未加纳米Al2O3时界面区为垂直于界面、定向生长的柱状树枝晶组织；加入纳米Al2O3后，熔池凝固结晶组织形态发生变化，由细长的柱状树枝晶逐步过渡为较短的树枝晶；当Al2O3的加入量为1％时，熔覆层与基体的界面区不出现定向生长，整个断面呈现等轴枝晶组织；纳米Al2O3促进固液界面前沿形核，纳米Al2O3附着在晶体生长的前沿，阻碍晶体的长大，凝固组织得到显著细化；纳米Al2O3颗粒抑制了熔覆层裂纹的形成。     

纳米CeO2对激光熔覆Ni基合金层组织与性能的影响

为了研究纳米CeO2颗粒对激光熔覆层的组织和性能的影响,在Q235钢基体上制备了加入不同量纳米CeO2的Ni基合金熔覆层,利用OLMPUS PME-3型光学显微镜,XD-3A型X射线衍射仪,HV-1000型显微硬度计,MM-200型环-块磨损试验机和扫描电镜等对激光熔覆层显微组织、相结构、显微硬度、磨损性能和磨损机理进行了研究。结果表明,在激光熔覆层中添加纳米CeO2能够细化组织,改变凝固组织的形态。当加入质量分数为1.5%的纳米CeO2时,熔覆层凝固组织形态为等轴树枝晶;生成了含Ce的新相Ce2Ni21B6,明显提高了熔覆层的显微硬度和耐磨性;熔覆层磨损由严重磨损转化为轻微磨损。但是加入过量的纳米CeO2,硬度反而降低。     

SiC颗粒尺寸对TiNi基熔覆层组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在TC21钛合金表面熔覆了含有SiC颗粒的复合涂层,研究了SiC颗粒尺寸对熔覆层物相组成、微观组织、硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明,熔覆层中的主要物相为Ti2Ni、TiNi、Ti5Si3和TiC;TiC颗粒起到细化晶粒的作用;添加微米SiC颗粒后的熔覆层表面硬度和耐磨性分别为基体的2.1倍和2.082倍,而添加纳米SiC颗粒后的熔覆层表面硬度和耐磨性分别为基体的2.4倍和1.475倍。     

Al2O3对Ni60激光熔覆层组织和耐磨性的影响

采用自动送粉激光熔覆技术,在A3钢表面进行了Ni60合金添加Al2O3的激光熔覆试验,通过对工艺参数和Al2O3含量的选取,获得了性能改善的激光熔覆层。对熔覆层横截面进行了硬度测试和显微组织分析,对熔覆层表面进行了X射线衍射物象分析和摩擦磨损试验。结果表明:与纯Ni60激光熔覆层相比,添加适量Al2O3的Ni60激光熔覆层的平均硬度提高300Hv0.3,耐磨性提高4倍。分析认为,Al2O3能够大大提高Ni60激光熔覆层硬度和耐磨性的原因在于:适量Al2O3的加入,可抑制涂层中粗大的脆性硬质相的形成,起到细化晶粒的作用:而形成的Al2Cr4C2细小颗粒增强相均匀弥散分布在组织中,不容易脱落,很好的起着均匀载荷和减摩抗磨作用。     

激光熔覆Ni基WC/Cr_3C_2涂层显微组织和耐蚀性研究

利用大功率CO2激光器在45钢表面激光熔覆制备Ni基WC/Cr3C2涂层。使用电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和M352电化学测试系统对熔覆层成分、物相组成、显微组织和耐蚀性进行研究。结果表明,Ni基WC/Cr3C2熔覆层表面光亮无裂纹,润湿性和脱渣性良好。熔覆层主要由Cr2Ni3、γ-(Fe,Ni)、Ni17W3、Fe0.64Ni0.36、WC、Cr7C3和CrSi2等物相组成。熔覆层底部为发达的树枝晶,树枝晶和枝晶间都含有大量的Fe元素;中部为γ-(Fe,Ni)基体上分布着大量长条状碳化物Cr7C3以及少量零散分布的菊花状硅化物CrSi2等强化相;顶部组织与中部相似,但晶粒更加细小致密。Ni基WC/Cr3C2熔覆层自腐蚀电位为-395.9 mV,自腐蚀电流密度为2.75μA/cm2,耐蚀性较Ni基WC涂层明显提高。     

激光熔覆温度场和CeO_2、TiO_2对材料相变的影响

针对单道激光熔覆,利用数值模拟技术得到了激光熔覆过程的温度场;在Q235钢表面制备了Ni基激光熔覆层,基于材料相变理论分析了熔覆层不同深度位置微观组织的形成机理,并研究了添加CeO_2、TiO_2纳米颗粒对熔覆层组织的影响。结果表明:在激光熔覆过程中,在激光辐照和热传导的共同作用下,熔覆层和基体不同深度区域因温度变化的差异而发生不同类型的相变,从而得到不同的微观组织;在熔覆粉末中添加CeO_2、TiO_2纳米颗粒,可以通过影响材料的相变过程而改变熔覆层的化学组成和微观结构,提高形核率,得到组织均匀细小的熔覆层。     

纯铜表面脉冲激光熔覆Ni60涂层的结构与性能研究

为了克服纯铜表面激光熔覆时热量难以积聚的困难,得到冶金结合良好的Ni60熔覆层,采用预热辅助脉冲激光熔覆的方法,在纯铜表面进行了Ni60合金粉末的熔覆实验,并建立了纯铜表面预热辅助脉冲激光熔覆过程的3维瞬态热弹塑性模型,对温度场及残余应力进行了仿真。预热温度达到573K时,Ni60熔覆层中裂痕完全消除;预热温度为673K时,激光熔覆的加工效率提升了2.2倍;预热辅助脉冲激光熔覆得到的Ni60熔覆层平均硬度达到800HV_0.2;常温下,Ni60熔覆层与ASTM52100钢相对耐磨性为4.45,摩擦系数约是铜和ASTM 52100钢的57%。结果表明,随着预热温度的升高,Ni60熔覆层中裂纹减少,激光熔覆效率提高;Ni60熔覆层有效地提高了表面硬度,减小了摩擦系数。通过预热辅助脉冲激光熔覆技术,在纯铜表面制备得到无裂纹、无气孔的Ni60熔覆层,可有效地提高铜基材的硬度与耐磨性。     

稀土La_2O_3对6063Al激光熔覆Ni基熔覆层微观结构的影响

利用激光熔覆技术,在6063Al表面制备了添加有不同含量La2O3的Ni60合金熔覆层,并通过金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等设备进行了测试分析,研究La2O3含量对铝合金表面激光熔覆Ni基熔覆层组织、相结构、成分等微观结构的影响。结果表明:当合金中稀土La2O3含量高于5%(质量分数,下同)时熔覆层易出现气孔,低于2%时易出现熔覆层开裂、与基体结合不良等缺陷,加入5%的稀土氧化物La2O3可有效地减少熔覆层中的裂纹、孔洞;不同La2O3含量的熔覆层主要相结构均为β-NiAl(Cr)和少量的Al3Ni、AlNi3、Al等,添加稀土以后XRD图中出现了微量的稀土化合物La2O3、Al4La,且NiAl相的(100)有序峰几乎消失,晶粒取向偏向于(110)、(200)和(211),而(110)有序峰出现不同程度的偏移;添加5%La2O3的熔覆层比不添加稀土的Ni60熔覆层元素分布均匀,稀释率更低,组织中孔隙率大幅降低,晶粒度变大且细化作用明显;熔覆层主要成分为NiAl-Cr共晶组织,稀土元素偏聚在晶界位置并形成了稳定的Al4La等稀土化合物。     

钛合金表面激光熔覆NiCrBSi-TiC复合涂层的组织研究

采用CO2 激光在TC4合金表面进行了NiCrBSi TiC混合粉末的激光熔覆试验 ,利用扫描电镜和X射线衍射仪等对熔覆层的组织进行了分析 ,测试了熔覆层的显微硬度。结果表明 ,在优化工艺参数下可获得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层 ,熔覆层由TiC ,γ Ni,M2 3(CB) 6,CrB ,Ni3B等相组成。在激光熔覆过程中TiC颗粒边缘发生了溶解 ,冷却时以细小的枝晶形式析出 ,熔覆层显微硬度的平均值为Hv980。     

柱塞Co基粉末激光熔覆工艺研究

为增强1Cr18Ni9Ti不锈钢零件的硬度及耐磨性,采用激光熔覆技术在其表面制备Co基合金熔覆层。利用光学显微镜,分析了熔覆层的微观组织;应用显微硬度计测试了熔覆层的硬度;应用浓度为2%的硝酸溶液做腐蚀剂,测试了熔覆层的耐腐蚀性。并与等离子热喷涂、Ni基合金熔覆等其它表面改性技术进行比较,结果表明:1Cr18Ni9Ti不锈钢柱塞Co基合金激光熔覆层硬度达到HV520,具有较好的耐磨性,其抗酸腐蚀性能也达到检验标准要求。     

Remote plasma-enhanced atomic layer deposition of gallium oxide thin films with NH_3 plasma pretreatment

High quality gallium oxide(Ga_2O_3) thin films are deposited by remote plasma-enhanced atomic layer deposition(RPEALD) with trimethylgallium(TMG) and oxygen plasma as precursors. By introducing in-situ NH3 plasma pretreatment on the substrates, the deposition rate of Ga_2O_3 films on Si and GaN are remarkably enhanced, reached to 0.53 and 0.46 ?/cycle at 250 °C,respectively. The increasing of deposition rate is attributed to more hydroxyls(–OH) generated on the substrate surfaces after NH3 pretreatment, which has no effect on the stoichiometry and surface morphology of the oxide films, but only modifies the surface states of substrates by enhancing reactive site density. Ga_2O_3 film deposited on GaN wafer is crystallized at 250 °C, with an epitaxial interface between Ga_2O_3 and GaN clearly observed. This is potentially very important for reducing the interface state density through high quality passivation.     

介质薄膜的制备及其电性能的测试分析

以Al_2O_3薄膜为例,介绍了用电子束蒸发制备介质薄膜的工艺。研究了不同退火条件下Al_2O_3薄膜的电性能,优化出最佳的热处理条件为400℃、氧气气氛中,热处理3 h。并对制得的Al_2O_3薄膜进行了SEM表面和断面分析,结果表明制得的Al_2O_3薄膜较烧结的Al_2O_3基板致密。     

纳米磨料对GaAs晶片的抛光研究

通过均相沉淀法制备了纳米CeO2和Al2O3粉体,研究了在相同抛光条件下纳米CeO2、SiO2和Al2O3磨料对GaAs晶片的抛光效果,并用原子力显微镜观察抛光表面的微观形貌并测量表面粗糙度。结果表明,使用纳米CeO2磨料抛光后的表面具有最低的表面粗糙度,在1μm×1μm范围内表面粗糙度Ra值为0.740nm,而且表面的微观起伏更趋于平缓。文中还探讨了GaAs晶片化学机械抛光材料去除机理,考虑了纳米磨料在抛光条件下所发生的自身变形,并分析了纳米磨料硬度对抛光表面粗糙度的影响,初步解释了在相同的抛光条件下不同硬度的纳米磨料为什么具有不同的抛光表面粗糙度。     

非晶ErAlO高k栅介质薄膜的制备及性能研究

采用射频磁控溅射法在p型Si(100)衬底上成功制备了非晶Er2O3-Al2O3(ErAlO)栅介质复合氧化物薄膜。研究了ErAlO薄膜的结构及电学特性。XRD测量显示,ErAlO薄膜具有良好的热稳定性,样品经过900℃氧气氛退火30 min后仍保持非晶态结构。AFM照片显示,其表面粗糙度小于0.2 nm,平整度良好。ErAlO栅MOS结构在氧分压为1%时,薄膜的有效相对介电常数为9.5,外加偏压(Vg)为–1 V时样品的漏电流密度为7.5×10–3 A/cm2。非晶ErAlO薄膜是一种很有希望取代SiO2的新型高k栅介质候选材料。     

Optimization of Al_2O_3/SiN_x stacked antireflection structures for N-type surface-passivated crystalline silicon solar cells

In the case of N-type solar cells,the anti-reflection property,as one of the important factors to further improve the energy-conversion efficiency,has been optimized using a stacked Al₂O₃/SiN_x layer.The effect of SiN_x layer thickness on the surface reflection property was systematically studied in terms of both experimental and theoretical measurement.In the stacked Al₂O₃/SiN_x layers,results demonstrated that the surface reflection property can be effectively optimized by adding a SiN_x layer,leading to the improvement in the final photovoltaic characteristic of the N-type solar cells.     

氧化物缓冲层制备Si(111)基GaN纳米线

采用氧化物缓冲层,通过射频磁控溅射系统依次在n型Si(111)衬底上沉积Ga2O3/ZnO(Ga2O3/MgO)薄膜,然后将薄膜于950℃氨化合成GaN纳米结构,氨化时间为15min。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外吸收谱(FTIR)和高分辨透射电镜(HRTEM)对样品的结构进行了分析,结果显示两种缓冲层下制备的样品均为六方纤锌矿单晶GaN纳米结构,且缓冲层的取向对纳米线的生长方向有很大影响;采用扫描电镜(SEM)对样品的形貌进行了测试,发现纳米线表面光滑,长度可达几十微米,表明采用氧化物缓冲层制备了高质量的GaN线。同时对GaN纳米线的生长机理进行了简单讨论。     

侧向腐蚀在1.3μm垂直腔面发射激光器中的应用

研究了广泛应用于垂直腔面发射激光器(VCSEL)等I-V族光电子器件制作的侧向腐蚀技术.分别采用C6H8O7:H2O2溶液、HCl:H3PO4溶液对InAlAs材料,InP材料进行了侧向腐蚀试验,获得了较稳定的速率,并对其腐蚀机制和晶向选择性进行了分析.采用侧向腐蚀技术制备了电流限制孔径分别为11μm和5 μm的1.3...     

β-Ga_2O_3 thin film grown on sapphire substrate by plasmaassisted molecular beam epitaxy

Monoclinic gallium oxide(Ga_2O_3) has been grown on(0001) sapphire(Al_2O_3) substrate by plasma-assisted molecular beam epitaxy(PA-MBE). The epitaxial relationship has been confirmed to be [010]( 2ˉ01) β-Ga_2O_3||[ 011ˉ0](0001)Al_2O_3 via in-situ reflection high energy electron diffraction(RHEED) monitoring and ex-situ X-ray diffraction(XRD) measurement. Crystalline quality is improved and surface becomes flatter with increasing growth temperature, with a best full width at half maximum(FWHM) of XRD ω-rocking curve of( 2ˉ01) plane and root mean square(RMS) roughness of 0.68° and 2.04 nm for the sample grown at 730 °C,respectively. Room temperature cathodoluminescence measurement shows an emission at ～417 nm, which is most likely originated from recombination of donor–acceptor pair(DAP).     

TaN wet etch for application in dual-metal-gate integration technology

Wet-etch etchants and the TaN film method for dual-metal-gate integration are investigated. Both HF/HN O_3/H_2O and NH_4OH/H_2O_2 solutions can etch TaN effectively, but poor selectivity to the gate dielectric for the HF/HNO_3/H_2O solution due to HF being included in HF/HNO_3/H_2O, and the fact that TaN is difficult to etch in the NH_4OH/H_2O_2 solution at the first stage due to the thin TaO_xN_y layer on the TaN surface, mean that they are difficult to individually apply to dual-metal-gate integration. A two-step wet etching strategy using the HF/HNO_3/H_2O solution first and the NH_4OH/H_2O_2 solution later can fully remove thin TaN film with a photo-resist mask and has high selectivity to the HfSiON dielectric film underneath. High-k dielectric film surfaces are smooth after wet etching of the TaN metal gate and MOSCAPs show well-behaved C-V and J_g-V_g characteristics, which all prove that the wet etching of TaN has little impact on electrical performance and can be applied to dual-metal-gate integration technology for removing the first TaN metal gate in the PMOS region.