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利用磁过滤阴极真空弧沉积技术制备太阳能高反射率薄膜材料

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利用磁过滤阴极真空弧沉积技术制备太阳能高反射率薄膜材料

作者：叶源华南理工大学

学位级别：硕士

作为当前备受瞩目的可再生新能源之一，太阳能的利用一直是世界范围内的研究热点。太阳能光热发电是一种主流的太阳能利用方式，但其效率受制于核心部件聚光系统。针对聚光系统的研究已进行了一百余年，目前制约其聚光效率进一步提高的... 详细信息

作为当前备受瞩目的可再生新能源之一，太阳能的利用一直是世界范围内的研究热点。太阳能光热发电是一种主流的太阳能利用方式，但其效率受制于核心部件聚光系统。针对聚光系统的研究已进行了一百余年，目前制约其聚光效率进一步提高的关键因素之一就是聚光系统中反射镜镜面面形的精度控制。具有优异可成型性和高反射率的薄膜反射材料是解决这一问题的较好方法。磁过滤阴极真空弧沉积技术（FCVAD）是一种广泛应用于精密薄膜的薄膜制备方法，相比于其他薄膜制备方法具有成膜粒子均匀、沉积能量高等诸多优势，制备的薄膜具有薄膜质量高、附着力好的优点。本文创新性将FCVAD技术引入制备太阳能高反射率薄膜材料，分别在玻璃和聚酯薄膜（PET）基材上制备了纳米级别的铝薄膜，探讨了弧流、负压、占空比和沉积库仑数等FCVAD参数对反射率及膜厚的影响，利用紫外-可见-近红外分光光度计、扫描电镜、台阶仪、拉脱法附着力测试仪等多种表征手段对所制备反射材料的反射性能、表面形貌和结构、膜厚以及薄膜附着力进行了相应的研究。结果表明：以玻璃作为基材时，铝膜的厚度和反射性能主要受弧流、负压、占空比和沉积库仑数等FCVAD参数的影响。其中，铝膜厚度与沉积库仑数之间存在极好的线性正相关关系，与弧流呈正相关关系，与负压和占空比则呈负相关关系。这些参数对于铝膜厚度的影响主要通过影响成膜粒子大小、空间结构致密性和表面排列实现。铝膜反射率与沉积库仑数之间的关系符合软件模拟结果。在一定范围内反射率随负压的增大迅速增大，负压到达一定值后保持稳定，继续增大则再次下降。弧流对于反射率的影响并不显著，在弧流较小范围内反射率随弧流的增大反射率大幅增大，但随后基本保持稳定。反射率随占空比的增大呈振荡下降的趋势。以上参数对于铝膜反射率的影响主要通过对成膜颗粒平均粒径、薄膜空间结构致密性、薄膜表面均匀性和缺陷情况以及薄膜有效光学厚度、光学常数的影响来实现。同时，此情况下制备的反射材料薄膜附着力完全满足实用要求。与磁控溅射技术相比，FCVAD制备反射薄膜在性能上具有显著优势。最后，对PET进行了离子注入+离子束混合表面预处理之后再采用FCVAD技术进行铝膜的沉积，探索了以聚合物为基底的柔性太阳能高反射率薄膜材料的制备，研究了表面预处理对该反射材料反射性能和薄膜附着力的影响。

关键词：磁过滤阴极真空弧太阳能高反射率薄膜材料膜厚控制反射率影响因素

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类金刚石碳剥离膜的制备及其性能研究

原子能科学技术 2015年第8期49卷 1509-1514页

作者：樊启文杜英辉张榕夏清良中国原子能科学研究院核物理研究所北京102413

采用磁过滤阴极真空弧（FCVA）技术制备了质量厚度为5～7μg/cm2的类金刚石碳（DLC）剥离膜。用XP2U型精密电子天平测试分析了100mm范围内的DLC剥离膜均匀性,结果显示其最大不均匀性小于10%。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜... 详细信息

采用磁过滤阴极真空弧（FCVA）技术制备了质量厚度为5～7μg/cm2的类金刚石碳（DLC）剥离膜。用XP2U型精密电子天平测试分析了100mm范围内的DLC剥离膜均匀性,结果显示其最大不均匀性小于10%。通过扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、万能摩擦磨损试验机和X光电子谱（XPS）测试分析了DLC剥离膜的表面形貌、耐磨损特性和结构,结果显示采用双90°FCVA技术沉积的DLC剥离膜表面光滑致密、耐磨,几乎没有大颗粒的污染,表征金刚石特性的sp3键含量超过70%。在北京HI-13串列加速器上使用107 Ag-、70 Ge-、48 Ti-、28Si-、197 Au-和127I-六种典型质量的离子束对质量厚度为5～7μg/cm2的DLC剥离膜和碳剥离膜寿命进行测试比较,结果显示DLC剥离膜寿命比碳剥离膜的高2.6～10倍。

关键词：类金刚石碳剥离膜磁过滤阴极真空弧寿命结构

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椭偏法表征四面体非晶碳薄膜的化学键结构

光学学报 2012年第10期32卷 298-304页

作者：李晓伟周毅孙丽丽汪爱英中国科学院宁波材料技术与工程研究所宁波市海洋防护材料与工程技术重点实验室浙江宁波315201

采用自主研制的双弯曲磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术,在不同衬底负偏压下制备了四面体非晶碳(ta-C)薄膜。通过分光光度计和椭偏(SE)联用技术精确测量了薄膜厚度,重点采用椭偏法对不同偏压下制备的ta-C薄膜sp3 C键和sp2 C键结构进行了拟... 详细信息

采用自主研制的双弯曲磁过滤阴极真空电弧(FCVA)技术,在不同衬底负偏压下制备了四面体非晶碳(ta-C)薄膜。通过分光光度计和椭偏(SE)联用技术精确测量了薄膜厚度,重点采用椭偏法对不同偏压下制备的ta-C薄膜sp3 C键和sp2 C键结构进行了拟合表征,并与X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱的实验结果相对比,分析了非晶碳结构的椭偏拟合新方法可靠性。结果表明,在-100V偏压时薄膜厚度最小,为33.9nm;随着偏压的增加,薄膜中的sp2 C含量增加,sp3 C含量减小,光学带隙下降。对比结果发现,椭偏法作为一种无损、简易、快速的表征方法,可用于ta-C薄膜中sp2 C键和sp3 C键含量的准确测定,且在采用玻璃碳代表纯sp2 C的光学常数及拟合波长选取250～1700nm时的椭偏拟合条件下,拟合数值最佳。

关键词：薄膜化学键椭偏法磁过滤阴极真空弧四面体非晶碳

Al_2O_3/DLC复合膜摩擦磨损性能的研究

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材料科学与工艺 2007年第6期15卷 754-758页

作者：吴晓玲李夕金薛文斌侯兴刚张旭程国安刘安东北京师范大学射线束技术与材料改性教育部重点实验室北京100875 北京师范大学材料科学与工程系北京100875

为了提高铝合金零部件的摩擦磨损性能,采用微弧氧化和磁过滤阴极真空弧技术,在其表面制备了Al2O3/DLC复合膜.用X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)以及摩擦试验对复合膜的化学成分、结构、表... 详细信息

为了提高铝合金零部件的摩擦磨损性能,采用微弧氧化和磁过滤阴极真空弧技术,在其表面制备了Al2O3/DLC复合膜.用X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)以及摩擦试验对复合膜的化学成分、结构、表面形貌及其对铝合金摩擦磨损性能的影响进行了研究.结果表明,在铝合金表面形成了120μm厚的多孔Al2O3陶瓷膜,与基体结合紧密.外层0.1.μm厚的DLC不改变膜的表面形貌,但是降低摩擦因素,并且进一步提高膜的耐磨性.Al2O3/DLC复合膜为铝合金作为耐磨工件使用提供了很好的承载支持,并且使铝合金表面摩擦磨损性能大大提高.

关键词：铝合金 Al2O3/DLC复合膜微弧氧化磁过滤阴极真空弧摩擦磨损性能

Cr-Ti-N系多层膜成分及周期对抗冲蚀性能的影响

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中国表面工程 2015年第4期28卷 105-112页

作者：金杰黄晓林孟祥宇陈蕴博高克玮北京机械工业自动化研究所电器物理设备与应用工程技术中心北京100120 机械科学研究总院先进制造技术研究中心先进成形技术与装备国家重点实验室北京100083 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

苛刻环境下发动机组件存在严重的固体颗粒(SPE)冲蚀,导致其可靠性降低。为研究多层膜成分及调制周期对膜层冲蚀性能的影响,利用金属蒸发真空弧离子源(MEVVA)和磁过滤阴极真空弧复合离子束沉积技术在AM355基材表面制备交替周期分别为5、1... 详细信息

苛刻环境下发动机组件存在严重的固体颗粒(SPE)冲蚀,导致其可靠性降低。为研究多层膜成分及调制周期对膜层冲蚀性能的影响,利用金属蒸发真空弧离子源(MEVVA)和磁过滤阴极真空弧复合离子束沉积技术在AM355基材表面制备交替周期分别为5、13和26的3组CrNx/TimCr1-mN、TiNy/TimCr1-mN多层膜。采用微粒喷浆冲蚀试验机、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)等对膜层冲蚀性能、形貌及物相结构进行测试表征。结果表明:采用该技术制备的CrNx/TimCr1-mN、TiNy/TimCr1-mN多层膜结构致密、交替层变化明显。随着交替周期的增加,两体系多层膜的晶面间距减小,抗冲蚀性能得到提高,分别提高了8倍和20倍以上。

关键词：磁过滤阴极真空弧多层膜交替周期冲蚀性能

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采用双等离子体制备非晶态碳膜的研究

北京师范大学学报（自然科学版） 2007年第2期43卷 154-157页

作者：王耀辉张旭吴先映徐元直张荟星张孝吉北京师范大学射线束技术和材料改性教育部重点实验室北京师范大学低能核物理研究所北京市辐射中心北京100875

采用直流金属磁过滤阴极真空弧（FCVA）制造出Ti和乙炔（C2H2）气体的双等离子体在单晶硅（100）上制备非晶态碳膜．重点研究了乙炔气体和过滤线圈电流对非晶态碳膜的结构、形貌和机械性能的影响．研究结果表明，薄膜中主要成分是TiC，... 详细信息

采用直流金属磁过滤阴极真空弧（FCVA）制造出Ti和乙炔（C2H2）气体的双等离子体在单晶硅（100）上制备非晶态碳膜．重点研究了乙炔气体和过滤线圈电流对非晶态碳膜的结构、形貌和机械性能的影响．研究结果表明，薄膜中主要成分是TiC，并以（111）作为主晶向；随着过滤线圈电流的增大，薄膜的晶粒度越来越小；薄膜表面的粗糙度逐渐减小，变得更加平整；薄膜的应力减小，可以下降到2．5GPa．薄膜的显微硬度和弹性模量随着C2H2体积流qy（C2H2）的增大而降低，硬度和弹性模量分别可以达到33．9GPa和237．6GPa．非晶态碳膜的摩擦因数在0．1～0．25之间，大大低于衬底材料单晶硅片的摩擦因数0．6．随着过滤线圈电流增大，摩擦因数减小．

关键词：非晶态碳膜磁过滤阴极真空弧过滤线圈电流乙炔的体积流量结构和性能

铝合金表面（Ti，Al）N薄膜的制备及其性能研究

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铝合金表面（Ti，Al）N薄膜的制备及其性能研究

作者：罗文忠湘潭大学

学位级别：硕士

铝及铝合金因其具有优异的性能,被广泛的应用于能源、交通、电子、建筑和国防工业等领域。然而,随着铝合金服役环境的日益恶劣,由于其表面硬度较低、耐磨性较差,在使用中表面常发生严重的磨损情况,严重限制了其应用范围。近年来,对铝合... 详细信息

铝及铝合金因其具有优异的性能,被广泛的应用于能源、交通、电子、建筑和国防工业等领域。然而,随着铝合金服役环境的日益恶劣,由于其表面硬度较低、耐磨性较差,在使用中表面常发生严重的磨损情况,严重限制了其应用范围。近年来,对铝合金表面改性研究,有效地改善铝合金表面性能,使其满足和适应各种环境成为重要的研究课题。在各种表面处理技术中,磁过滤阴极真空弧技术由于设备简单、沉积速率快、制备的薄膜均匀致密、膜-基结合力强和可镀材料广泛等优点被广泛应用。本论文采用磁过滤阴极真空弧技术在Al-Si合金基体表面沉积(Ti,Al)N薄膜,探究TiAlN薄膜对铝合金基体表面的改性效果,系统研究了N流量、基体负偏压和膜层结构对TiAlN薄膜的组织结构及性能的影响。研究结果表明:1.N流量在50 sccm0 sccm时,TiAlN薄膜为面心立方晶体结构,调控N流量可以有效地抑制薄膜中柱状晶的生长。随着N流量的增加,薄膜的显微硬度与H/E呈现先增加后减小的趋势,在N流量为70 sccm时,薄膜的显微硬度和抗塑性变形能力达到最大值。不同N流量下TiAlN薄膜具有较好的膜-基结合力,薄膜的摩擦系数在0.43.48之间,均小于铝合金基体的摩擦系数0.63。N流量为70 sccm时,样品的磨损率达到最小值4.89×10[mm/Nm],相比于铝合金基体的磨损率3.08×10[mm/Nm]降低了近一个数量级,TiAlN薄膜能有效提升铝合金基体的耐磨性。2.负偏压在50 V00 V时,随着负偏压的增加,薄膜的厚度呈现先增加后减小的趋势,薄膜的粗糙度先减小后逐渐增加,薄膜中没有出现粗大的柱状晶结构。在N流量为70 sccm,负偏压为75 V时,TiAlN薄膜的显微硬度和抗塑性变形能力达到最大值,磨损率达到最小。3.多层结构有效地抑制了TiAlN薄膜晶粒的长大,薄膜晶粒细化组织致密,力学性能得到提升,薄膜的显微硬度和抗塑性变形能力达到最大值30.81 GPa和0.576。多层结构和梯度结构TiAlN薄膜的膜-基结合力明显提高,结合力等级为HF1,临界载荷Lc2为13.40 N和11.78 N。多层结构和梯度结构TiAlN薄膜的磨损率相比于铝合金基体下降了两个数量级。

关键词：磁过滤阴极真空弧 (Ti,Al)N薄膜结合力摩擦性能

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基于载能离子束技术制备超薄无胶挠性覆铜板

表面技术 2023年第9期52卷 313-321页

作者：张一凡闫维卿李倩袁恒沈永清陈琳庞盼欧阳潇廖斌北京师范大学核科学与技术学院北京100875 北京市科学技术研究院北京100083

目的开发超薄的无胶二层挠性覆铜板(2L-FCCL)。方法融合MEVVA离子注入、磁过滤阴极真空弧和化学电镀技术在柔性聚酰亚胺表面构筑梯度金属化结构,并为超薄无胶二层挠性覆铜板的制备提供解决方案。结果通过XPS、ATR-FTIR光谱及反应分子动... 详细信息

目的开发超薄的无胶二层挠性覆铜板(2L-FCCL)。方法融合MEVVA离子注入、磁过滤阴极真空弧和化学电镀技术在柔性聚酰亚胺表面构筑梯度金属化结构,并为超薄无胶二层挠性覆铜板的制备提供解决方案。结果通过XPS、ATR-FTIR光谱及反应分子动力学(ReaxFF-MD)模拟证明了Ni+注入过程中聚酰亚胺亚表层互键连网络的形成,这种离子螯合反应带来的机械互锁效应能够极大提高界面附着强度。此外,磁过滤阴极真空弧技术制备的γ(Ni-Cr)合金过渡层具有良好的柔韧性和延展性,有助于Cu膜的后续生长,并增强协同变形能力。通过45°剥离试验测得NiCr合金层与聚酰亚胺基底之间的附着强度为(1.75±0.16)N/mm,而精细化挠性覆铜线路经历1000次弯折试验后在其高变形区域未观察到裂纹萌生或线路剥落现象。结论通过MEVVA离子注入与磁过滤阴极真空弧技术的耦合可以显著提升挠性覆铜板的机械稳定性,有望应用于高端挠性覆铜板的工业化制备。

关键词：挠性覆铜板离子注入 MEVVA源磁过滤阴极真空弧分子动力学界面

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类金刚石膜用作负氢离子表面转化材料的可行性分析

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真空 2020年第4期57卷 6-10页

作者：李建童洪辉但敏金凡亚王坤陈伦江核工业西南物理研究院四川成都610041 成都理工大学工程技术学院四川乐山614007

负氢离子源已经成为核聚变装置中性束注入加热系统的首选离子源,优异的负氢离子表面转化材料是其中的关键。金刚石膜具有的负的电子亲合势使其具有优异的二次电子发射性能,进而使其成为可能的负氢离子源表面转化材料。在本论文中,介绍... 详细信息

负氢离子源已经成为核聚变装置中性束注入加热系统的首选离子源,优异的负氢离子表面转化材料是其中的关键。金刚石膜具有的负的电子亲合势使其具有优异的二次电子发射性能,进而使其成为可能的负氢离子源表面转化材料。在本论文中,介绍了负氢离子源的结构、工作过程和工作模式,在总结金刚石膜的二次电子发射理论和提高金刚石膜二次电子发射性能的方法的基础上,分析了类金刚石膜成为负氢离子表面转化材料的可行性:类金刚石膜以其同时具有的金刚石相和石墨相,兼具良好导电性和优异电子发射性能。在未来的负氢离子源中,类金刚石膜可能会成为用于负氢离子表面转化的优异可选材料。

关键词：核聚变负氢离子源表面转化材料类金刚石膜磁过滤阴极真空弧