固相功能复合薄膜设计、制备与调控

目录
前言
第1章 绪论1
1.1 薄膜材料定义、特殊性质与结构1
1.1.1 薄膜材料定义1
1.1.2 薄膜材料特殊性质1
1.1.3 薄膜材料结构3
1.2 薄膜制备技术概述4
1.2.1 CVD技术6
1.2.2 化学镀技术7
1.2.3 真空蒸镀技术7
1.2.4 离子磁控溅射技术8
1.2.5 离子注入技术11
1.2.6 热喷涂技术11
参考文献13
第2章 Al2O3/PTFE复合薄膜设计、制备、调控与耐磨性能优化15
2.1 离子注入改性PTFE耐磨性能优化16
2.1.1 几何碰撞模型建立16
2.1.2 SRIM概述17
2.1.3 SRIM模拟及优化18
2.1.4 优化结果分析31
2.2 Al2O3/PTFE多层纳米复合薄膜调控与制备33
2.3 Al2O3/PTFE多层纳米复合薄膜本征性能分析34
2.3.1 镀膜方式与Al3+注入剂量对Al2O3/PTFE薄膜晶型影响34
2.3.2 镀膜方式与Al3+注入剂量对Al2O3/PTFE薄膜元素价态与成分影响36
2.4 Al2O3/PTFE多层纳米复合薄膜微摩擦学性能改性37
2.4.1 镀膜方式与Al3+注入剂量对Al2O3/PTFE薄膜硬度影响37
2.4.2 镀膜方式与Al3+注入剂量对Al2O3/PTFE薄膜弹性模量影响38
2.4.3 镀膜方式与Al3+注入剂量对Al2O3/PTFE薄膜摩擦性能影响39
参考文献41
第3章 CYSZ热障涂层设计、制备、调控与热震性能改性43
3.1 CYSZ热障涂层实验方案设计、制备与调控43
3.1.1 CYSZ氧化物粉体制备43
3.1.2 CYSZ陶瓷粉体喷雾造粒45
3.1.3 等离子喷涂技术制备CYSZ热障涂层45
3.2 共沉淀工艺条件对CYSZ陶瓷粉体微观结构影响46
3.2.1 Ce加入量对CYSZ陶瓷粉体相结构影响46
3.2.2 共沉淀工艺制程对CYSZ陶瓷粉体微观结构影响47
3.2.3 烧结工艺对CYSZ陶瓷粉体微观结构影响51
3.3 喷雾造粒工艺对CYSZ陶瓷粉体微观结构影响54
3.3.1 喷雾造粒工艺对CYSZ陶瓷粉体相结构影响54
3.3.2 CYSZ陶瓷粉体表面元素种类及化合价55
3.3.3 喷雾造粒后CYSZ陶瓷粉体微观形貌56
3.3.4 喷雾造粒后CYSZ陶瓷粉体粒径分布56
3.4 等离子喷涂工艺对CYSZ热障涂层微观结构与热震性能影响57
3.4.1 CeO2对CYSZ热障涂层微观结构影响57
3.4.2 CeO2对CYSZ热障涂层显微硬度及结合强度影响60
3.4.3 CeO2对CYSZ热障涂层热导率影响61
3.4.4 CeO2对CYSZ热障涂层热震性能影响62
3.4.5 CeO2对热震前后CYSZ热障涂层微观结构影响63
3.5 热障涂层热震后表面裂纹扩展机理68
参考文献70
第4章 无机纳米颗粒改性PI复合薄膜设计、制备、调控与热性能优化71
4.1 PI结构与性能71
4.1.1 PI结构特征71
4.1.2 PI性能特点72
4.2 纳米SiO2-Al2O3/PI复合薄膜实验方案设计72
4.2.1 两步法制备PI原理72
4.2.2 PAA配方和反应条件设计73
4.2.3 超声-机械共混法制备纳米SiO2-Al2O3/PI复合薄膜74
4.2.4 溶胶-凝胶法制备纳米SiO2-Al2O3/PI复合薄膜75
4.3 亚胺化反应分析及复合薄膜分子结构预测79
4.3.1 红外光谱分析79
4.3.2 差示扫描量热分析83
4.3.3 原子力显微镜分析84
4.3.4 紫外-可见光光谱分析86
4.3.5 复合薄膜分子结构预测86
4.4 纳米SiO2-Al2O3/PI复合薄膜结构表征88
4.4.1 原子力显微镜分析88
4.4.2 扫描电子显微镜分析91
4.4.3 XRD分析95
4.4.4 紫外-可见光光谱分析99
4.5 纳米SiO2-Al2O3/PI复合薄膜热稳定性研究103
4.5.1 超声-机械共混法制备薄膜热稳定性103
4.5.2 溶胶-凝胶法制备薄膜热稳定性104
参考文献109
第5章 SiO2光纤涂层复合薄膜设计、制备、调控与热稳定性改性111
5.1 纳米SiO2/EA复合薄膜设计、制备、调控与热稳定性改性112
5.1.1 纳米SiO2/EA复合薄膜实验调控方案与工艺设计112
5.1.2 纳米SiO2/EA复合薄膜红外光谱分析118
5.1.3 纳米SiO2/EA复合薄膜晶型分析122
5.1.4 纳米SiO2/EA复合薄膜断口形貌122
5.1.5 纳米SiO2/EA复合薄膜热稳定性分析124
5.2 云母粉/EA复合涂层设计、制备、调控与热稳定性改性127
5.2.1 云母粉/EA复合涂层实验调控方案与工艺设计127
5.2.2 云母粉/EA复合涂层本征性能分析129
5.2.3 云母粉/EA复合涂层热稳定性分析132
5.3 纳米SiO2/PI复合涂层设计、制备、调控与热稳定性改性136
5.3.1 纳米SiO2/PI复合涂层实验调控方案与工艺设计136
5.3.2 纳米SiO2/PI复合涂层本征性能分析139
5.3.3 纳米SiO2/PI复合涂层热稳定性分析145
参考文献147
第6章 Ti/LiNbO3波导型光耦合片设计、制备、调控与光学性能优化148
6.1 Ti/LiNbO3波导型光耦合器基本结构与制备工艺148
6.1.1 Ti/LiNbO3波导型光耦合器基本结构148
6.1.2 Ti/LiNbO3光波导制备工艺149
6.2 LiNbO3中钛扩散机理150
6.2.1 固体中物质扩散理论—菲克定律150
6.2.2 钛离子在LiNbO3中扩散机制151
6.3 Ti/LiNbO3波导型光耦合器实验调控方案与工艺设计152
6.3.1 Ti/LiNbO3复合薄膜真空蒸镀实验调控方案与工艺设计152
6.3.2 钛扩散实验调控方案与工艺设计154
6.4 真空蒸镀工艺对Ti/LiNbO3复合薄膜影响156
6.4.1 蒸镀电流对Ti/LiNbO3复合薄膜影响156
6.4.2 基体温度对Ti/LiNbO3复合薄膜影响160
6.4.3 蒸镀时间对Ti/LiNbO3复合薄膜影响165
6.4.4 Ti/LiNbO3复合薄膜截面EDS扫描分析168
6.4.5 Ti/LiNbO3复合薄膜表面XPS分析169
6.5 钛扩散工艺对光耦合片微观结构及光学性能影响170
6.5.1 扩散工艺对光耦合片形貌影响170
6.5.2 不同扩散工艺下光耦合片截面及表面元素分析174
6.5.3 扩散前后光耦合片相结构分析180
6.5.4 钛扩散后光耦合片表面XPS分析182
6.5.5 有效折射率与导模数目分析184
6.5.6 波导传输损耗测试与分析189
参考文献192
第7章 金属/SiO2薄膜型光衰减片设计、制备、调控与光衰减性能优化194
7.1 金属/SiO2薄膜型光衰减片镀膜工艺选择194
7.2 三种工艺实验调控方案与工艺设计195
7.2.1 镀膜和基体材料选择依据195
7.2.2 真空蒸镀金属膜实验调控方案与工艺设计196
7.2.3 离子磁控溅射Ni膜实验调控方案与工艺设计198
7.2.4 化学镀Ni膜与Ni-P膜实验调控方案与工艺设计200
7.3 真空蒸镀工艺对光衰减片组织结构与光学性能影响203
7.3.1 光衰减片外观性203
7.3.2 工艺参数对镀层微观结构影响203
7.3.3 工艺参数对Al（Cu/Cr）膜光衰减片透光率影响213
7.4 离子磁控溅射工艺对Ni膜微观结构与光学性能影响216
7.4.1 溅射功率对Ni膜微观形貌影响216
7.4.2 溅射气压对Ni膜沉积速率和晶粒尺寸影响219
7.4.3 溅射时间对Ni膜表面形貌及膜层成分影响222
7.4.4 工艺参数对Ni/SiO2光衰减片光衰减性能影响223
7.5 化学镀Ni-P/SiO2光衰减片特性分析226
7.5.1 硫酸镍浓度对Ni-P/SiO2光衰减片晶型与组分元素影响226
7.5.2 工艺参数对Ni-P膜微观形貌影响228
7.5.3 工艺参数对Ni-P膜透光率影响230
7.6 离子磁控溅射和化学镀制备Ni/SiO2光衰减片特性比较231
7.6.1 外观比较231
7.6.2 Ni膜结晶状态比较232
7.6.3 Ni膜表面形貌比较233
7.6.4 Ni膜与基体结合情况及耐摩擦性能比较233
7.7 基于SRIM离子磁控溅射过程模拟234
7.7.1 Ar+溅射Ni靶3D空间模型建立235
7.7.2 溅射Ni靶过程中Ar+能量损失235
7.7.3 溅射Ni靶过程中Ar+运动轨迹236
7.7.4 不同能量溅射后Ar+滞留位置分布237
参考文献239