论文题目: 无机表面薄膜力学及耐蚀性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 黄桂芳
导师: 赵立华,谢中
关键词: 无机薄膜,相变,铁电性能,耐蚀性,力学性能
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 表面薄膜赋予材料表面耐磨、耐蚀、耐热、耐疲劳以及特殊的光、热、电和磁等多种功能,在现代高新技术中受到了越来越多的重视,成为材料科学中最活跃的研究领域之一。薄膜材料和薄膜技术为机械、能源和交通等部门,以及现代军事提供了具有优异性能的新材料和器件,极大地促进了光电子技术、计算机技术、航空航天技术等现代高新技术的发展,在高新技术产业中具有举足轻重的作用。本文研究了三种无机薄膜的制备工艺及其力学和耐蚀性能,获得了一些有意义的结果。采用磁控溅射方法在硅和玻璃基体上沉积了BaTiO3(BTO)薄膜,通过原位测试不同厚度BTO薄膜的应力、介电常数和铁电性能随温度的变化规律,系统研究了薄膜的铁电性能与厚度和应力的关系,并用两种方法确定BTO薄膜的双轴杨氏模量和热膨胀系数。实验结果表明,BTO薄膜中的应力为张应力。膜中张应力随薄膜厚度的减小而增大,导致居里温度下降,剩余极化减小,矫顽场增大。特别是当厚度较小(35~250nm)时,这种变化更加明显。张应力对薄膜居里温度的影响主要位于300-450Mpa应力区间,在该区间内,应力增大导致薄膜居里温度线性下降(0.16℃/Mpa)。根据温度升高过程中BTO薄膜应力曲线的斜率变化、介电常数峰值、电滞回线收缩等确定的居里温度一致。由于薄膜中张应力的存在,BTO薄膜相变温度比体材料的相变温度低。电滞回线表明铁电-顺电相变开始于BTO薄膜的居里温度,并持续到接近BTO体材料的居里温度。说明BTO薄膜中存在多种畴。BTO薄膜的铁电性能主要由膜内畴决定,而表面畴的影响相对很小。另外,根据升温过程中铁电-顺电相变时晶胞体积和应变的变化,以及不同基体上BTO薄膜应力随温度变化率的计算结果表明,BTO薄膜双轴杨氏模量比体材料的稍大,而热膨胀系数比体材料的偏小。薄膜应力的存在和变化对薄膜与基体的粘结强度有很大影响。为了制备高质量的类金刚石(DLC)薄膜,并改善DLC薄膜和基体之间的粘接强度,采用双离子束轰击混合(DIBM)技术+离子束沉积(IBD)技术在钢基体上沉积DLC膜,研究了DLC膜的力学性能和耐蚀性能。实验结果表明,利用DIBM + IBD沉积技术可以明显提高DLC膜和钢基的复合硬度,而且还使硬度峰值向低能方向偏移; 同时显著地提高了DLC膜/基的粘结强度(当DIBM技术中所用中能Ar+束能量为30 keV时,其沉积的DLC膜临界载荷Pc为IBD工艺沉积膜Pc的2倍以上)。钢表面类金刚石膜改性后,不仅具有减摩作用,而且表现出良好的耐磨性。失重试验结
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1．1 引言
1．2 薄膜材料制备技术
1．2．1 表面涂敷技术
1．2．2 电镀和化学镀
1．2．3 化学转化膜
1．2．4 气相沉积技术
1．3 薄膜材料的表征方法
1．3．1 薄膜成分、形貌及结构的表征
1．3．2 薄膜厚度的表征
1．3．3 薄膜力学性能的表征
1．3．4 薄膜耐蚀性能表征
1．4 薄膜材料的发展及应用
1．4．1 铁电薄膜材料
1．4．2 耐磨及表面防护层
1．4．3 铁基软磁薄膜
1．5 本研究工作的目的意义和主要内容
第2章 BaTiO_3薄膜的铁电和力学性能
2．1 引言
2．2 实验方法
2．2．1 实验仪器
2．2．2 薄膜的制备
2．2．3 BTO 薄膜的形貌和结构
2．2．4 BTO 薄膜铁电性能的测试
2．2．5 薄膜应力测试方法
2．3 薄膜厚度对BTO 薄膜应力和铁电性能的影响
2．3．1 BTO 薄膜厚度对应力的影响
2．3．2 BTO 薄膜厚度对铁电性能的影响
2．4 BTO 薄膜铁电性能和温度的关系
2．5 温度对薄膜应力的影响
2．6 薄膜厚度和应力对BTO 薄膜铁电性能的影响
2．7 BTO 薄膜的力学性能
2．7．1 硅基上单层BTO 薄膜热循环中的应力行为
2．7．2 BTO 薄膜的力学参数
2．8 小结
第3章 离子束技术制备类金刚石膜的力学和耐蚀性能
3．1 引言
3．2 实验方法
3．2．1 类金刚石膜离子束沉积工艺
3．2．2 类金刚石膜的结构和性能分析
3．3 类金刚石膜的力学性能
3．3．1 类金刚石膜的显微硬度
3．3．2 类金刚石膜的粘结强度
3．3．3 类金刚石膜的摩擦性能
3．4 类金刚石膜的耐蚀性能
3．4．1 失重试验结果分析
3．4．2 电化学试验结果分析
3．4．3 金相显微分析
3．5 小结
第4章 化学镀Fe-P合金工艺及镀层耐蚀性
4．1 引言
4．2 化学镀铁合金的电化学反应机制
4．3 实验方法
4．3．1 化学镀工艺
4．3．2 化学沉积过程的电化学研究
4．3．3 镀层沉积速率的测量
4．3．4 镀层的腐蚀行为
4．4 化学镀 Fe-P 合金的反应速率
4．5 化学沉积过程的电化学研究
4．5．1 化学沉积过程的阴、阳极极化曲线
4．5．2 化学沉积过程的电位—时间曲线
4．5．3 不同成分镀液中的极化曲线
4．5．4 沉积速率和稳定电位的关系
4．6 化学镀铁合金的腐蚀行为
4．6．1 化学镀铁合金在NaCl 溶液中的腐蚀行为
4．6．2 化学镀铁合金在 HCl 溶液中的腐蚀行为
4．6．3 化学镀铁合金在 NaOH 溶液中的腐蚀行为
4．7 小结
结论
参考文献
致谢
附录 A(攻读博士学位期间所发表的学术论文目录)
发布时间: 2006-05-10
参考文献
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