关春龙
,
王春华
,
单英春
,
祁颖
稀有金属材料与工程
为了提高2024铝合金的表面硬度和耐磨损性能,采用微弧氧化法在Na2zrF6-KOH溶液中使2024铝合金表面形成氧化物陶瓷膜.分别用扫描电镜、电子探针及X射线衍射研究了陶瓷膜的组织形貌、元素分布和相组成.结果表明:随氧化时间的增加,阴阳极电压逐渐增加,且阴极电压低于阳极电压;厚约20μm的膜可分为致密层与琉松层;相对致密均匀的膜层主要由α-Al2O3,γ-Al2O3和少量的非晶相物质组成:电解液所含元素zr,进入到膜层中,表明电解液组元剧烈参与微弧氧化反应;陶瓷膜的平均硬度约为16 GPa,分布在距界面10μm附近.
关键词:
微弧氧化
,
铝合金
,
陶瓷膜
王光
,
单英春
,
徐久军
,
朱峰
,
冯旻
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2010.z2.089
以高纯Si3N4,Al2O3和AlN为原料,Y2O3为烧结助剂,苯甲酸为造孔剂,采用常压烧结方法制备β-SiAlON多孔陶瓷.研究改变苯甲酸的含量,SiAlON陶瓷孔隙率和力学性能的变化趋势问题.结果表明:以苯甲酸为造孔剂在1750℃条件下制备了以β-SiAlON为主相的多孔陶瓷,基体中大量柱状晶交叉分布；气孔形貌多为椭圆形,孔隙率随着苯甲酸含量增加而增加；且陶瓷的抗弯强度及硬度随苯甲酸增加明显降低.
关键词:
β-SiAlON
,
多孔陶瓷
,
苯甲酸
,
力学性能
单英春
,
赫晓东
,
李明伟
,
李垚
宇航材料工艺
doi:10.3969/j.issn.1007-2330.2006.01.009
针对电子束物理气相沉积(EB-PVD)设备的特点,研究基板温度对材料形成过程的影响.首先建立薄膜生长的基本扩散模型,然后用嵌入原子法(EAM)计算扩散激活能,以入射粒子跃迁概率表征入射原子在表面上的稳定程度,研究基板温度对低能Ni在Ni表面上扩散过程的影响.分别在较低(250～450K)和较高(750～1 000 K)两种温度下进行上述计算.研究结果表明,基板温度对跃迁概率的影响存在临界值,Ni为375 K;当基板温度低于375 K时,基板温度对跃迁概率影响很小,而当基板温度高于375 K时,跃迁概率随基板温度增加呈指数增长;基板温度较低(Ni低于375 K)时入射原子在表面上不扩散,易形成多孔疏松状材料,而较高的基板温度则有利于密实材料的形成.
关键词:
EB-PVD
,
薄膜生长
,
基板温度
,
跃迁概率
单英春
,
赫晓东
,
李明伟
,
李垚
,
史丽萍
功能材料
蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)和分子动力学是模拟薄膜生长的两种基本方法.本文结合各种PVD技术的工艺特点,介绍了薄膜生长的Monte Carlo模拟.详尽地总结了载能粒子沉积薄膜生长的Kinetic Monte Carlo模型和算法.最后指出建立精细的模型、算法并适当应用分子动力学是提高模拟可靠性的方法.
关键词:
物理气相沉积
,
蒙特卡罗模拟
,
薄膜生长
单英春
,
徐久军
,
关春龙
,
黄秋凤
,
张丽
功能材料
根据Y-Si-Al-O-N相图设计Y_2O_3掺杂α-sialon陶瓷的组成,采用热压烧结方法在1900℃保温30min制备了设计成分为Y_(0.4)Si_(9.8)Al_(2.2)O_(1.0)N_(15)的sialon陶瓷,研究了升温速率对陶瓷致密化过程、物相组成以及微观结构的影响规律.结果表明,所制备的陶瓷相组成均为α-sialon;不同升温速率陶瓷的致密化过程曲线变化趋势相同,但随升温速率增大向高温区平移,收缩的起止温度和峰值收缩速率均随升温速率增大而增大;快速升温有利于提高晶核密度,抑制柱状晶发育,柱状晶的尺寸和长径比随升温速率增大而减小.
关键词:
α-sialon
,
氧化钇
,
致密化
,
微观结构
单英春
,
徐久军
,
赫晓东
,
何飞
,
李明伟
稀有金属材料与工程
采用动态蒙特卡罗(KMC)方法研究物理气相沉积(PVD)制备薄膜过程中基板温度对薄膜微观结构的影响,并用分维理论研究薄膜表面的复杂程度.该KMC模型中既包括入射原子与表面之间的碰撞,又包括被吸附原子的扩散.模拟中用动量机制确定被吸附原子在表面上的初始构型,用分子稳态计算(MS)方法计算扩散模型中跃迁原子的激活能,用红黑树选择跃迁路径并更新系统跃迁机率.研究结果表明:基板温度大于500 K时,薄膜表面分维均小于2.04,表面光滑,而当基板温度小于500 K时薄膜分维随基板温度降低而增大,表面随基板温度升高变得越来越粗糙,直到基板温度降到250 K时,分维达到最大的稳定值2.32,表面情况非常复杂,具有细致的皱褶和缺陷.分维与基板温度之间的关系说明高基板温度有利于分维小、表面光滑薄膜的制备,而低基板温度使薄膜分维增大、表面结构更加复杂.该研究结果与基板温度对PVD薄膜表面粗糙度影响的研究结果趋势上一致,分维能更细致地评价薄膜表面的复杂程度.
关键词:
分维
,
基板温度
,
薄膜
,
PVD
,
KMC
单英春
,
徐久军
,
赫晓东
,
何飞
,
李明伟
稀有金属材料与工程
采用动态蒙特卡罗(kinetic Monte Carlo,简称KMC)方法研究物理气相沉积(physical vapor deposition,简称PVD)制备Ni薄膜过程中入射角度对薄膜微观结构的影响.该KMC模型中既包括入射原子与表面之间的碰撞,又包括被吸附原子的扩散.模拟中用动量机制确定被吸附原子在表面上的初始构型,用分子稳态(molecular statics,简称MS)计算方法计算扩散模型中跃迁原子的激活能.对于模拟结果,采用表面粗糙度和堆积密度作为沉积构型评价指标.研究结果表明:当沉积速率是5 μm/min,基板温度是300 K和500 K时,表面粗糙度和堆积密度曲线在入射角度等于35°时出现拐点;入射角度小于35°时,入射角度增大对表面粗糙度增加和堆积密度减小的影响很少;但是入射角度大于35°时,随入射角度增大表面粗糙度迅速增加、堆积密度迅速减小.另外,当基板温度是300 K时,入射角度对薄膜微观结构的影响程度大于基板温度为500 K时的影响程度.说明高基板温度促使原子更加充分地扩散,从而能削弱自阴影效应的作用.但是,在保证足够高基板温度和合理沉积速率的情况下,入射角度过大同样不利于致密结构形成.
关键词:
动态蒙特卡罗
,
入射角度
,
PVD
,
Ni薄膜
朱峰
,
单英春
,
徐久军
,
王光
,
冯旻
材料工程
doi:10.3969/j.issn.1001-4381.2010.z2.061
采用热压烧结方法制备了β-SiAlON/BN复合陶瓷,研究了其相组成、微观形貌、1000℃抗弯强度和1300℃抗氧化性.结果表明:β-SiAlON/BN微观形貌为片状BN夹杂在柱状β-SiAlON晶粒之间；β-SiAlON/BN复合陶瓷1000℃抗弯强度大于600MPa,并随着BN掺量的提高,1000℃抗弯强度下降；复合陶瓷1300℃以β-SiAlON氧化为主,单位面积氧化增重量随着BN掺量的提高而减少.
关键词:
SiAlON
,
BN
,
抗弯强度
,
抗氧化性
赫晓东
,
单英春
,
李明伟
,
史丽萍
功能材料
提出kinetic Monte Carlo模拟物理气相沉积(physical vapor deposition,简写为PVD)薄膜生长的新算法:用红黑树搜索实现跃迁路径选择及系统跃迁概率更新,通过比较红黑树搜索、线性查找、满二元树搜索的计算效率,综合分析了这3种方法的时间复杂度和空间复杂度.结果表明红黑树搜索优于其它两种搜索方法,模拟效率最高,更适合用于执行大系统的kinetic Monte Carlo模拟.
关键词:
kinetic Monte Carlo
,
红黑树
,
PVD
,
薄膜
单英春
,
赫晓东
,
徐久军
,
李明伟
功能材料
采用动态蒙特卡罗(KMC)方法模拟电子束物理气相沉积(EB-PVD)制备Ni-Cr合金薄膜过程中沉积速率与薄膜微观结构之间的关系,并用分维理论研究薄膜表面形貌.研究结果表明:对于基板温度为500K,入射角度为35°的情况,沉积速率＜5μm/min时,薄膜表面分维均＜2.04,表面光滑,而当沉积速率＞5μm/min时薄膜分维随沉积速率增大而增大,表面变得越来越粗糙,直到沉积速率升高到1000μm/min时,分维达到最大值2.31,表面非常粗糙,具有细致的皱褶和缺陷.分维与沉积速率间的关系说明低沉积速率有利于分维小、表面光滑薄膜的制备,而高沉积速率使薄膜分维增大、表面结构更加复杂.该研究结果与沉积速率对EB-PVD薄膜表面粗糙度影响的研究结果一致,表明分维也是评价薄膜表面形貌的途径.
关键词:
分维
,
沉积速率
,
Ni-Cr合金薄膜
,
EB-PVD
,
KMC
