金属元素Co、Fe、Cu、Ti对孕镶金刚石基底CVD金刚石涂层膜基界面结合强度的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理理论法, 研究了金属元素Co、Fe、Cu、Ti对孕镶金刚石基底化学气相沉积金刚石涂层膜基界面结合强度的影响及其作用机理。界面结合能、电荷密度和化学键重叠布居数的计算结果表明:Co、Fe元素具有较强的电荷转移能力, Cu、Ti元素在沉积过程易生成金属碳化物过渡结构, 且Cu、Ti元素掺杂模型膜基界面间C原子成键较强, 成键也更接近理想金刚石C-C键, 这些原因导致Cu、Ti元素掺杂模型的膜基界面结合强度较强, Co、Fe元素掺杂模型的膜基界面结合强度较弱。据此, 可适当调整金属元素比例, 优化工艺参数, 从而改善孕镶金刚石钻头上沉积CVD金刚石涂层的性能。     

PCVD TiN膜基结合强度初探

等离子体增强化学气相沉积(PCVD)是一项新工艺，特别适合于制备保护复层，不过这项工艺用在模具钢上沉积超硬复层还处于实验研究阶段．如果这种复层能在模具上成功地涂复就可以期望获得外硬内韧的模具，其使用寿命也将大大延长。本文对这个问题进行了探索并取得初步成效。     

WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具研究现状

化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)金刚石涂层刀具具有高硬度、优异的耐磨性、良好的冲击韧性和化学稳定性,能满足高效率、高精度的加工要求,逐渐成为切削铝和高硅铝合金、碳纤维增强复合材料及石墨等轻质量高强度难加工材料的主流涂层刀具。基于WC-Co硬质合金为基体的CVD金刚石涂层刀具在切削加工过程中容易发生CVD金刚石涂层的剥落,自主研发结合性能优良、长时间加工稳定的WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具仍是该领域国内外发展的必然趋势。目前,研究者为了提高WC-Co硬质合金/CVD金刚石涂层刀具的结合性能,采用化学刻蚀法和机械处理法相结合去除WC-Co硬质合金基体表层中的Co粘结相,发现其能增强涂层与基体的结合强度,但基体表层Co粘结相含量的减少容易导致基体中形成脆化层,降低基体的强度和韧性。为了减少基体的强度和韧性损失,研究者在WC-Co硬质合金基体和金刚石涂层之间制备稳定的含Co中间化合物或沉积中间层,成功阻挡Co粘结相的热扩散。除了上述方法外,研究者还通过调控金刚石涂层工艺参数和结构,将微米晶与纳米晶金刚石层叠相结合,来提高金刚石涂层刀具的摩擦学...     

直流电化学两步处理精磨硬质合金表面对CVD金刚石涂层的影响

经开刃、精磨处理而具实际加工能力的钨钴硬质合金刀具在制备CVD金刚石涂层前需进行基体前处理,但常规的化学预处理技术对其规模化应用时,会受到腐蚀效率,工艺重复性的限制.以精磨YG6硬质合金铣刀片为研究对象,采用直流弧光放电等离子体CVD设备、SEM、激光Raman光谱仪、原子吸收光谱仪、表面轮廓仪、洛氏硬度计等,研究了直...     

低浓度氮气对单晶金刚石生长质量的影响北大核心CSCD

利用微波等离子体化学气相沉积法在CH_4/H_2反应气体中引入不同低浓度氮气条件下,研究氮气对单晶金刚石生长质量的影响。利用发射光谱、拉曼光谱以及扫描电子显微镜对单晶金刚石质量进行表征。结果表明:随着气源中氮气浓度的增加,单晶金刚石增长速率随之增加,表面多晶缺陷得到抑制,且Raman光谱法测得一阶特征拉曼峰随着氮气浓度的提高而向高波数移动,呈现出压应力,整体质量变差。经过退火过程之后,引入氮原子的单晶金刚石生长拉应力得到释放,样品呈现出拉应力。     

不同反应气源对制备纳米金刚石膜的影响

为确定两种典型的反应气源对制备纳米金刚石膜的影响,分别以CH4/Ar/H2及CH4/N2混合气体作为反应源,用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)法制备纳米金刚石薄膜.XRD和Raman分析表明两种气源条件下得到的膜材均为金刚石多晶膜,但用CH4/N2气为反应源沉积的膜材中非金刚石相成分明显更多;AFM和SEM对照分析证实所有膜层的平均晶粒尺寸及表面粗糙度均在几十纳米量级,但CH4/N2气源沉积的膜中容易形成异常长大的晶粒,不利于表面质量的提高.研究结果表明,以CH4/Ar/H2混合气体作为反应气源可制备物相组成纯度更高、表面形态更为优越的纳米金刚石膜.     

钢渗铬层上金刚石薄膜的表面、界面结构及附着性

在钢渗铬层表面用化学气相沉积(CVD))法制备了金刚石薄膜.使用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和压痕法研究了金刚石膜的表面、界面结构及附着力.用拉曼光谱分析了金刚石膜的纯度及非金刚石碳相.甲烷含量超过0.6%(体积分数)后,金刚石膜为球形纳米晶,形核密度＞107cm-2.用甲烷含量为0.6%(体积分数)沉积的金刚石膜表面的残余压应力为1.22 Gpa,而膜背面的残余压应力更高,达2.61 Gpa.压痕显示在19.6 N载荷下膜发生开裂.TEM观察发现,膜/基界面为微观非平面,有利于提高金刚石膜的附着力.     

MPCVD法中氮气对单晶金刚石生长机理影响的探究北大核心CSCD

在微波等离子体化学气相沉积法同质外延生长单晶金刚石的过程中添加不同浓度的氮气,利用发射光谱、拉曼光谱等测试手段探究不同浓度氮气对等离子体以及单晶金刚石生长质量和速率的影响,通过分析等离子体内部基团强度的变化探究添加氮气对单晶金刚石生长机理的影响。探究发现:氮气的添加对于等离子体内基团的种类并没有明显改变,但随着氮气浓度的升高,CN基团的基团强度具有明显升高的趋势,C2基团的基团强度不断降低,单晶金刚石的生长速率不断提高。氮气并不是通过提高甲烷的离解度来产生更多的C2基团从而促进单晶金刚石的生长,而是作为一种催化剂加快单了晶金刚石表面的化学反应。当氮气浓度低于0.5%时,单晶金刚石的生长速率提高幅度较大且生长质量良好。但当氮气浓度超过0.8%时,单晶金刚石的生长速率逐渐趋近于饱和,且非金刚石相不断增多,生长质量不断降低,因而通入氮气的最佳浓度应该低于0.5%。     

抛光对化学气相沉积金刚石自支撑膜断裂强度的影响

研究了抛光对化学气相沉积金刚石自支撑膜断裂强度的影响。结果表明,金刚石自支撑膜粗糙表面所带来的V形缺口会降低其断裂强度,而且随着膜厚的增加,降低的程度越明显,通过抛光粗糙表面,消除了V形缺口对断裂强度的影响,有利于提高金刚石膜的抗破坏能力。提出了一种金刚石膜断裂强度的经验计算方法,获得的断裂强度值更接近于金刚石膜的本征断裂强度。     

冷轧成形钛/钢层状复合板界面结合强度的影响因素EI北大核心CSCD

采用冷轧复合法制备钛/钢层状复合板,研究轧制压下率、轧制道次、表面粗糙度、原材料状态和轧制速率对钛/钢层状复合板界面结合强度的影响。结果表明:界面作用力和轧制力对界面的作用时间是影响钛/钢层状复合板界面结合强度的主要因素。轧制压下率、表面粗糙度和原材料状态通过影响界面作用力来影响钛/钢层状复合板的界面结合强度;轧制速率通过影响轧制力对界面的作用时间来影响钛/钢层状复合板的界面结合强度;钛/钢层状复合板的冷轧复合效果与轧制道次无关,只有单道次轧制压下率超过临界轧制压下率时,才能实现冷轧复合。     

界面结合强度对C/Cu 复合材料热膨胀性能的影响

本文通过在C/C u 复合材料的Cu 基体中添加不同的合金元素(Sn,Ni, Fe) 获得不同的界面结合强度, 研究了界面结合强度对C/C u 复合材料热膨胀特性的影响规律, 并分析了界面结合强度对降温过程中复合材料的收缩特性及残余应变的影响。      

类金刚石膜Ti,Zr掺杂对DLC性能的影响EI北大核心

主要针对类金刚石膜存在的内应力大、热稳定性差等缺点,通过反应磁控溅射技术制备了掺杂Ti,Zr金属元素的DLC薄膜,将掺杂Ti,Zr金属元素的DLC薄膜与未掺杂DLC薄膜进行了比较,结果表明掺杂金属的DLC膜能够明显降低薄膜内应力,提高薄膜热稳定性,对于含氢DLC膜,金属的掺杂还提高了薄膜的硬度,但掺杂后的摩擦系数变大。     

电磁场对水平双辊铸轧Ti/Al/Cu复合板界面结合强度的影响

利用水平双辊铸轧技术制备Ti/Al/Cu复合板,通过在铸轧过程中施加脉冲电场和电磁振荡场,研究不同外场对铸轧复合板界面结合强度的影响。结果表明：电磁场对铸轧过程的稳定性没有影响。施加脉冲电场和电磁振荡场后,Ti/Al界面和Cu/Al界面的扩散层厚度增加,界面结合强度显著提高。施加电磁振荡场后,在铸轧区的液穴内产生交变的电磁体积力。在电磁体积力的作用下,铝熔体内部产生震荡效应并对金属带表面进行冲刷,使金属带表面新形成的晶核脱离。此外,震荡效应使得金属带与铝熔体接触处的温度梯度降低,凝固速度减慢从而延长固-液接触时间。这些作用使得熔体在金属带表面铺展湿润更加充分,促进了原子间的互扩散,从而产生了更多的冶金结合区域并增大了冶金结合的强度。     

界面涂层对液相硅浸渗制备C/SiC复合材料力学性能的影响

采用化学气相沉积工艺对短切碳纤维毡体进行界面涂层改性处理后树脂浸渍裂解得到了多孔C/C预制体,再将预制体液相硅浸渗制备了C/SiC复合材料.对比了纤维有无界面涂层对C/SiC复合材料力学性能的影响,并分析了其断裂机制.结果表明,与无界面涂层改性相比,碳毡经化学气相沉积SiC涂层改性处理后制备的C/SiC复合材料的力学性能更好,强度和模量分别提高了192％和36％.界面涂层增强了纤维的抗硅化效果是C/SiC复合材料力学性能提高的主要原因,但同时复合材料也呈现出脆性断裂模式.     

离子束增强沉积界面共混工艺对Cr-N镀层结合强度的影响

采用连续压入法以及球滚接触疲劳法评定不同界面共混工艺所制Ｃｒ－Ｎ镀层膜基结合 强度,并对两种方法试验结果进行分析对比．试验结果表明,在其它参数相同条件下,随着氮离 子轰击能量从１０、２０ｋｅＶ提高到４０ｋｅＶ,动反冲共混界面结合强度则有明显降低的趋势,Ｐ_ｃ 值测量值分别为６５０、７００、３３０Ｎ．当轰击能量为２０、１０ｋｅＶ时,Ｃｒ－Ｎ镀层在△Ｔ_ｒｚ＝４４２ＭＰａ 时,循环疲劳周次达到５．０×１０^６时,镀层未剥落,表现出很高的动态结合强度,而４０ｋｅＶ动反 冲共混界面在△Ｔ_ｒｚ＝４４２ＭＰａ时,循环疲劳周次仅为９．０×１０^５．较低能量（１０、２０ｋｅＶ）氮离子 动态共混界面具有更理想的膜层一基体结合强度．两种方法测试结果具有一致性．当膜层－基 体结合力较高时;压入法评定膜层－基体结合强度更简便、适用．     

CVD BN界面层对Si3N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响

连续Si3 N4纤维以其优异的热稳定性、高温力学性能和介电性能,被认为是耐高温陶瓷基透波复合材料的候选材料之一.采用连续Si3 N4纤维为增强体,以BCl3+NH3+H2+Ar反应体系,利用化学气相沉积工艺在Si3 N4纤维表面制备了BN界面层,并以聚硅硼氮烷为陶瓷先驱体,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了Si3 N4/SiBN复合材料.研究了CVD BN界面层的合成及其对Si3 N4/SiBN复合材料弯曲性能的影响.结果表明:在Si3 N4纤维表面获得了均匀致密的BN界面层,该界面层有效改善了复合材料中纤维/基体的界面结合力,复合材料显示出典型的韧性断裂特征.当界面层的厚度为200 nm时,Si3 N4/SiBN的弯曲强度和断裂韧性分别为182.3 MPa和17.3 MPa·m1/2,比无涂层的复合材料分别提高了59.6％和94.4％.     

表面粗糙度对PS-PVD YSZ陶瓷层性能的影响EI北大核心CSCD

采用PS-PVD工艺在预制有NiCoCrAlYTa黏结层的K417G高温合金上制备YSZ陶瓷层;采用万能拉伸试验机、粒子冲刷仪、静态氧化炉等设备测试PS-PVD YSZ陶瓷涂层的结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能;采用SEM和EDS分析涂层表面、截面形貌和元素分布等。结果表明:表面粗糙度对YSZ陶瓷层拉伸结合强度、抗粒子冲刷和抗高温氧化性能的影响很大。随着粗糙度的增大,结合强度先增大而后减小。Ra=0.40μm表面上沉积的YSZ涂层,其结合强度最高,达到23.5 MPa。拉伸断裂发生在涂层内部,并距离黏结层40~70μm的位置。随着表面粗糙度的增大,冲刷速率先减小而后增大,Ra=0.40μm涂层的抗粒子冲刷性能最好,冲刷速率仅为2.8×10^-3 g/g,表面起伏小和孔隙率低是涂层具有良好抗粒子冲刷性能的重要原因。不同表面粗糙度制备的YSZ涂层均能生成致密连续的热生长氧化物(TGO)层。粗糙度大则生长的TGO起伏大,更容易导致局部增厚和应力集中而失效。     

湿热-高温循环老化对碳纤维增强双马树脂基复合材料界面性能的影响EI北大核心CSCD

采用层间剪切的测试方法,研究了湿热-高温循环老化对碳纤维双马树脂基复合材料界面性能的影响,分析了复合材料的质量变化过程以及不同循环老化次数下的层间性能、表面和断口形貌、动态力学性能及红外谱图。结果表明,随着湿热老化次数的增加,饱和吸湿率逐渐增大后又减小,但达到吸湿饱和所用时间逐渐缩短;随着高温老化次数的增加,老化前期的质量损失速率降低得不多,但最终的质量损失率有着小幅度的升高。湿热-高温循环老化导致了纤维与基体间的界面破坏,但层间剪切强度降低的幅度不大,有着较高的保持率。随着循环次数的增加,每次湿热老化后的Tg都较前一次有所升高,但在每次高温老化后的Tg都相差不大。高温老化在循环老化过程中起主导作用,期间发生了热老化效应和氧化反应。