激光照射下SiC纳米颗粒原位生成晶须的实现

论文摘要

激光作为一种热源,由于其具有的瞬态非平衡能量输出机制以及作用在材料时的超快加热效应,近几年在纳米材料的制备中已有所应用。当激光照射材料时,在激光作用的三维空间内,激光能量呈现出梯度分布,可实现材料在结构上亦呈现为梯度分布。本文以激光为热源,以SiC纳米颗粒材料为前驱体,进行了激光照射下SiC纳米颗粒原位生长晶须的试验,探索SiC晶须在激光照射下稳定生长的工艺参数及其生长过程。所完成的工作主要有:1.把激光束简化为基模高斯光束,建立了高斯分布的激光能量场模型。分析了激光参数对材料的影响。这些激光参数包括激光光斑直径、激光功率和扫描速度。2.理论计算了激光光斑直径。通过光斑直径计算公式,可以采用确定激光头高度的方式来确定光斑直径。3.对激光照射材料得到的照射层进行温度分析,建立了温度场。该温度场可用于指导研究晶须生长所需要的温度。4.采用被照射表面与光斑垂直的方式进行SiC纳米颗粒激光照射试验。对样品进行扫描电镜分析,探索其微观组织变化规律。5.激光照射SiC纳米颗粒原位生长得到螺旋状、网状和棒状晶须。这些晶须或沿同一方向排列整齐,或杂乱的聚集成球状、团絮状,或有规律的聚集成胡须状。6.研究了所得三种晶须的生长过程,分析了PVB、PVA和CMC三种粘结剂以及激光参数对晶须生长的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料
• 1.1.1 纳米材料的发展
• 1.1.2 纳米材料的概念
• 1.1.3 纳米材料的性能
• 1.2 SIC 纳米材料
• 1.2.1 SiC 纳米材料的特性
• 1.2.2 SiC 纳米材料的表现形式
• 1.3 SIC 纳米晶须
• 1.3.1 SiC 纳米晶须的性能
• 1.3.2 SiC 纳米晶须的制备方法
• 1.3.3 晶须的生长机理
• 1.3.4 SiC 纳米晶须的应用及研究现状
• 1.4 基于激光的纳米材料制备
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 激光照射层温度场的分析
• 2.1 激光能量场模型
• 2.1.1 激光束的简化
• 2.1.2 激光束照射材料的能量分布
• 2.1.3 激光作为热源的优点
• 2.2 激光参数对作用材料的影响
• 2.2.1 激光功率的影响
• 2.2.2 扫描速度的影响
• 2.3 激光照射SIC 纳米颗粒材料的方式及原理
• 2.4 激光光斑直径的计算
• 2.5 激光照射层的温度分析
• 2.5.1 激光照射SiC 纳米颗粒的假设
• 2.5.2 激光照射层的温度分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 激光照射下SIC 纳米颗粒原位生成晶须的试验
• 3.1 SIC 纳米颗粒材料的准备
• 3.1.1 压块试验设备及其原理
• 3.1.2 基于不同粘结剂的SiC 纳米颗粒的压制
• 3.2 激光照射SIC 纳米材料试验
• 3.2.1 激光照射试验设备
• 3.2.2 激光照射SiC 纳米材料试验的样件制备
• 3.3 样件照射层的显微观察
• 3.3.1 样件照射层的相组成
• 3.3.2 样件照射层的微观结构分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 激光照射下SIC 晶须生长分析
• 4.1 激光作用下SIC 晶须的生长过程
• 4.1.1 螺旋状晶须的生长过程
• 4.1.2 网状晶须的生长过程
• 4.1.3 棒状晶须的生长过程
• 4.2 试验参数对晶须生长的影响
• 4.2.1 粘结剂对晶须生长的影响
• 4.2.2 激光参数对晶须生长的影响
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结和展望
• 5.1 本文的主要工作总结
• 5.2 今后的工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文