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硅基SiC薄膜制备与应用研究进展

材料导报 2024年第7期38卷 26-39页

作者：杨晨光王秀峰陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021

碳化硅(SiC)材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统(MEMS)的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立... 详细信息

碳化硅(SiC)材料具有极为优良的物理、化学及电学性能,可满足在高温、高腐蚀等极端条件下的应用,碳化硅还是极端工作条件下微机电系统(MEMS)的主要候选材料,成为国际上新材料、微电子和光电子领域研究的热点。同时,碳化硅有与硅同属立方晶系的同质异形体,可与硅工艺技术相结合制备出适应大规模集成电路需要的硅基器件,因此用硅晶片作为衬底制备碳化硅薄膜的工作受到研究人员的特别重视。本文综述了近年来国内外硅基碳化硅薄膜的研究现状,就其制备方法进行了系统的介绍,主要包括各种化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)法和物理气相沉积(Physical vapor deposition,PVD)法,并归纳了对硅基碳化硅薄膜性能的研究,包括杨氏模量、硬度、薄膜反射率、透射率、发光性能、电阻、压阻、电阻率和电导率等,以及其在微机电系统传感器、生物传感器和太阳能电池等领域的应用,最后对硅基碳化硅薄膜未来的发展进行了展望。

关键词：硅基碳化硅薄膜化学气相沉积物理气相沉积微机电系统传感器生物传感器太阳能电池

Yb^(3+)/Nd^(3+)掺杂对Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶Cr^(3+)发光性能的影响

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发光学报 2024年第5期45卷 736-744页

作者：谢鑫葛万银张倩杨茂浩吴晨歌何鹏殷宏磊陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021

近红外荧光粉由于其独特的物理特性和广阔的应用前景吸引了人们极大的研究兴趣。本文通过高温固相反应法合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+)近红外荧光粉,使用460 nm蓝光激发样品的发射波长位于833 nm,半峰宽为117 nm。随后引入稀土... 详细信息

近红外荧光粉由于其独特的物理特性和广阔的应用前景吸引了人们极大的研究兴趣。本文通过高温固相反应法合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+)近红外荧光粉,使用460 nm蓝光激发样品的发射波长位于833 nm,半峰宽为117 nm。随后引入稀土离子合成Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)和Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)近红外荧光粉。相比Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),460 nm蓝光激发的Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+),Yb^(3+)同时出现Cr^(3+)和Yb^(3+)特征发射峰,经过光谱分析和荧光寿命变化证明Cr^(3+)-Yb^(3+)存在能量传递通道,最高使Cr^(3+)-Yb^(3+)能量传递效率达80.2%,得益于Yb^(3+)卓越的热稳定性促使整体荧光光谱热稳定性提高约3.7倍。设计合成的Sr_(9)Ga(PO_(4))_7∶0.8Cr^(3+),Nd^(3+)样品调制出833,876,1 060 nm的多峰发射,显著拓宽了近红外光谱范围。最终,讨论了荧光粉在温度传感和无损检测领域的应用,证明该系列荧光粉具有广阔的应用前景。

关键词： Sr_(9)Ga(PO_(4))_(7)∶0.8Cr^(3+) 近红外荧光粉 Yb^(3+) Nd^(3+)

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硫酸铝对水泥基材料钙溶蚀过程的影响及机理

建筑材料学报 2024年

作者：张紫薇牛梦蝶李国新西安建筑科技大学材料科学与工程学院西安建筑科技大学土木工程学院博士后流动站

富水地区由于围岩含水，会引起初衬的喷射混凝土发生钙溶蚀。本论文通过研究含硫酸铝砂浆试件在6 mol/L NH4Cl溶液中的性能变化，分析硫酸铝对水泥基材料钙溶蚀过程的影响及作用机理。结果表明：硫酸铝掺量对水泥基材料的钙溶蚀过程有... 详细信息

富水地区由于围岩含水，会引起初衬的喷射混凝土发生钙溶蚀。本论文通过研究含硫酸铝砂浆试件在6 mol/L NH4Cl溶液中的性能变化，分析硫酸铝对水泥基材料钙溶蚀过程的影响及作用机理。结果表明：硫酸铝掺量对水泥基材料的钙溶蚀过程有显著影响，掺2%的硫酸铝有利于延缓试样在加速溶蚀过程中的性能退化。溶蚀过程会导致水泥水化产物中的氢氧化钙溶解，水化硅酸钙凝胶和钙矾石脱钙，生成易溶的CaCl2加速水泥石解体。加入硫酸铝会改变水泥水化产物的组成与结构，以及试样的孔隙分布情况，进而影响了喷射混凝土钙溶蚀过程。

关键词：钙溶蚀硫酸铝速凝剂喷射混凝土

初始组织及冷轧压下量对工业低牌号电工钢相变织构及磁性能的影响

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金属学报 2024年第3期60卷 377-387页

作者：杨平马丹丹顾晨顾新福北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

有相变的低牌号电工钢连铸坯中普遍存在的{100}柱状晶显示了连铸过程中强烈的相变滞后及相变被抑制的特性。这时,热轧加热温度的变化会造成热轧组织与织构的多样性,并对后续冷轧退火组织与织构产生影响。本工作在前期初步考察热轧工艺... 详细信息

有相变的低牌号电工钢连铸坯中普遍存在的{100}柱状晶显示了连铸过程中强烈的相变滞后及相变被抑制的特性。这时,热轧加热温度的变化会造成热轧组织与织构的多样性,并对后续冷轧退火组织与织构产生影响。本工作在前期初步考察热轧工艺对工业低牌号电工钢相变织构影响的基础上,结合连铸坯中柱状晶相变滞后现象,提出了亚稳态铁素体热轧保留{100}织构从而提高磁性能的思路,进一步考察了冷轧前不同初始组织及冷轧压下量对相变织构的影响,并探索了织构遗传的规律。结果表明,低温加热热轧的热轧板中存在较多{100}取向的形变晶粒,冷轧及相变退火后显示了明显的{100}织构遗传规律,有效改善了磁性能。压下量的提高削弱了{100}相变织构。分析认为,虽然工业低牌号电工钢中的Al、P元素阻碍了表面效应诱发的{100}相变织构,但低温热轧产生有利的初始{100}织构促进了最终遗传型相变织构。此外,高退火温度下得到的相变织构仍优于低退火温度下得到的再结晶织构。

关键词：低牌号电工钢相变柱状晶织构磁性轧制

MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)对磷酸盐涂层宽温域摩擦学性能的影响

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表面技术 2024年第1期53卷 56-64页

作者：方媛闫嘉琪赵顺强曾立军吴燕陕西科技大学材料科学与工程学院西安710021 陕西科技大学陕西省无机材料绿色制备与功能化重点实验室西安710021

目的以MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,在25(室温)~400℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制。方法以氢氟酸为MAX相(Ti_(3)AlC_(2))粉体的蚀刻剂,制备具有“手... 详细信息

目的以MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,在25(室温)~400℃下制备具有优异摩擦学性能的MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,并研究它在不同温度下的减摩抗磨机制。方法以氢氟酸为MAX相(Ti_(3)AlC_(2))粉体的蚀刻剂,制备具有“手风琴”形貌的Ti3C2TxMXene。以硫脲、钼酸铵、MXene为原料,制备MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)复合材料。以Al(H2PO4)3为黏结剂,以Cu O为固化剂,分别以Ti_(3)C_(2)T_(x)和MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)为固体润滑剂,制备Ti3C2Tx磷酸盐涂层和MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层。通过高温摩擦磨损试验机和光学数码显微镜测试涂层在25~400℃时的摩擦因数和磨损率,采用扫描电子显微镜和显微共焦激光拉曼光谱仪分析磨痕表面形貌、物相,进而探讨磨损机理。结果当Ti_(3)C_(2)T_(x)与Al(H_(2)PO_(4))_(3)的质量比为2∶1时,Ti3C2Tx磷酸盐涂层在室温(25℃)下的摩擦因数和磨损率均最低,分别为0.38和2.75×10-4mm3/(N·m)。在Ti_(3)C_(2)T_(x)表面负载MoS2,将MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)作为固体润滑剂,能够显著降低磷酸盐涂层在25~400℃下的摩擦因数,同时磨损率也有所降低。MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层在室温下的摩擦因数低至0.11,相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了71.1%,其磨损率相较于Ti3C2Tx磷酸盐涂层降低了1个数量级。在25~400℃范围内,MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层的摩擦因数均低于0.21。随着温度的升高,摩擦因数呈先减小后增大的趋势,磨损率整体上呈增大趋势。结论相较于Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层,MoS_(2)/Ti_(3)C_(2)T_(x)磷酸盐涂层在25~400℃下的摩擦学性能均得到显著提升。

关键词： Ti_(3)C_(2)T_(x) 宽温域摩擦磨损性能磷酸盐涂层磨损机制

高分散性CeO抛光液的制备及其化学机械抛光性能研究

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中国稀土学报 2024年

作者：许宁林雨雒玉欣马家辉习世龙霍宇高凯龙高梓恒王卓陕西科技大学材料科学与工程学院

采用两步法（化学共沉淀法+熔盐法）制备了CeO2纳米磨粒，探讨了陈化温度对CeO2磨粒的粒径尺寸和分布的影响。将CeO2磨粒通过球磨配制成固含量为1.0 wt%的抛光液，重点研究了pH、表面活性剂种类和含量对抛光液分散稳定性及抛光性能的影... 详细信息

采用两步法（化学共沉淀法+熔盐法）制备了CeO2纳米磨粒，探讨了陈化温度对CeO2磨粒的粒径尺寸和分布的影响。将CeO2磨粒通过球磨配制成固含量为1.0 wt%的抛光液，重点研究了pH、表面活性剂种类和含量对抛光液分散稳定性及抛光性能的影响，探讨了表面活性剂对抛光液的分散机理。结果表明：在陈化温度为60 ℃时，CeO2磨粒粒径分布均匀，粒径尺寸为100 nm，颗粒存在一定的团聚现象。采用有机酸PAA（聚丙烯酸）和无机盐SHMP（六偏磷酸钠）作为表面活性剂，当pH=6，PAA的添加量为2.0 wt%时，吸光度最大、Zeta电位绝对值为25.1 mV；SHMP的添加量为0.5 wt%时，Zeta电位绝对值为14.3 mV，对比发现PAA对CeO2抛光液分散稳定性的提升较SHMP更明显。其次，加入表面活性剂后，CeO2抛光液对石英玻璃的去除率和表面粗糙度均有提升，添加2.0 wt% PAA的抛光液对石英玻璃的材料去除率为723.43 nm/min，表面粗糙度为0.1076 nm，较无表面活性剂CeO2抛光液对石英玻璃的材料去除率提升了15.39%，表面粗糙度降低了59.99%。本工作认为PAA作为有机酸表面活性剂含有-COOH基团，在水中易电离，形成-COO-基团，一部分会吸附在CeO2表面形成静电吸附作用，一部分会与铈离子发生化学反应，形成空间位阻效应，阻碍纳米磨料之间的团聚，提高抛光液的分散稳定性，这对促进抛光液抛光性能提升具有重要意义。

关键词： CeO 表面活性剂抛光液分散性化学机械抛光

Fe_(3)O_(4)与ZIF-9复合催化剂的制备及其快速降解亚甲基蓝的研究

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工程科学学报 2024年第2期46卷 268-278页

作者：何浩波李海旭姜天男徐良汪龙王嘉宁彭培益高紫赤覃宇鑫刘晓光薛文东北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

为了提高水中有机染料的降解速率,采用超声和溶剂热法制备Fe_(3)O_(4)/ZIF-9复合催化剂,该催化剂为立方状的金属有机骨架ZIF-9且表面附着有类球形Fe_(3)O_(4)颗粒.Fe_(3)O_(4)的加入为ZIF-9提供了更多的成核位点,同时Fe_(3)O_(4)/钴盐... 详细信息

为了提高水中有机染料的降解速率,采用超声和溶剂热法制备Fe_(3)O_(4)/ZIF-9复合催化剂,该催化剂为立方状的金属有机骨架ZIF-9且表面附着有类球形Fe_(3)O_(4)颗粒.Fe_(3)O_(4)的加入为ZIF-9提供了更多的成核位点,同时Fe_(3)O_(4)/钴盐比例的变化也会影响ZIF-9的成核与生长.当Fe_(3)O_(4)/钴盐摩尔比为1∶1时,该催化剂在30 min内对亚甲基蓝的降解率达到95.1%,催化反应10 min的伪一阶动力学常数达到0.101 min^(-1),在pH为5~9范围内保持稳定的高催化性能.X射线光电子能谱(XPS)结果表明铁和钴位点之间存在电子转移,并且钴和铁的协同作用可以降低钴的还原电位,从而加速钴的价态变化,提升催化速率.电磁共振实验(EPR)结果显示该催化剂可以活化过一硫酸盐生成单线态氧(^(1)O_(2))、硫酸根自由基(SO-4·)和羟基自由基(·OH),进一步通过活性因子淬灭实验发现其中单线态氧为主要活性物种.由此可知,Fe_(3)O_(4)/ZIF-9通过铁和钴位点的氧化还原循环催化PMS不断生成^(1)O_(2)、·OH和SO^(-)_(4)·,共同将亚甲基蓝分子降解成二氧化碳和水.此外,磁滞回线测试(VSM)结果显示,该复合材料饱和磁化强度值为7.6 A·m^(2)·kg^(-1),表明Fe_(3)O_(4)能赋予复合催化剂良好的铁磁性,同时该催化剂循环使用4次后仍保持较高的降解率,表明该复合催化剂具有良好的回收性能和重复使用性能.本研究为有机染料等污染物的治理提供了新的技术和材料支撑.

关键词：金属有机骨架超声溶剂热 Fe_(3)O_(4) ZIF-9 高催化速率磁性可回收

Ti预处理的SiC_(f)/SiC与镍基高温合金复合铸件的界面组织与强度

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材料工程 2024年第2期52卷 164-171页

作者：林国标朱付虎赵斯文北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

由SiC_(f)/SiC复合材料与K403镍基高温合金熔体制备的一体化铸件,冷却到室温时会出现自行断裂。通过采用Ti粉埋覆包渗工艺在1100℃下对SiC_(f)/SiC表面进行预处理,并在适当工艺下与K403镍基高温合金熔体进行陶瓷型精密铸造,成功实现SiC_... 详细信息

由SiC_(f)/SiC复合材料与K403镍基高温合金熔体制备的一体化铸件,冷却到室温时会出现自行断裂。通过采用Ti粉埋覆包渗工艺在1100℃下对SiC_(f)/SiC表面进行预处理,并在适当工艺下与K403镍基高温合金熔体进行陶瓷型精密铸造,成功实现SiC_(f)/SiC与K403镍基高温合金的一体化成形和界面的牢固结合。结果表明:Ti预处理层平均厚度为17μm左右,Ti向SiC_(f)/SiC渗透、扩散和反应,形成含TiC,Ti3SiC2,Ti5Si3Cx,SiC相的显微组织;经过与高温镍基金属液复合铸造后,预处理层演变成厚约120μm的界面反应层,其典型界面组织为Ni2Si+C+Al4C3+MC(M主要含Ti及少量的Cr,Mo,W)。预处理层的存在减轻Ni与SiC的有害石墨化反应,缓解高温金属液对SiC_(f)/SiC的热冲击,形成的界面反应层降低热膨胀系数失配造成的热应力,使得SiC_(f)/SiC与K403一体化铸件结合界面的室温剪切强度达到63.5 MPa。

关键词： SiC_(f)/SiC K403 镍基高温合金一体化铸造复合铸造 Ti预处理层

Cr_(3)C_(2)/WC的添加对Stellite 12熔覆层耐磨耐蚀性的影响

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表面技术 2024年第1期53卷 135-142页

作者：赵菲张亮吴志生温保安太原科技大学材料科学与工程学院太原030024

目的提高Stellite 12熔覆层的耐磨耐蚀性能。方法将Stellite 12合金粉末与碳化物(Cr_(3)C_(2)、WC)混合,采用激光熔覆技术在H13钢板上制备复合熔覆层。通过超景深显微镜和XRD分析其显微组织和物相,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验和电... 详细信息

目的提高Stellite 12熔覆层的耐磨耐蚀性能。方法将Stellite 12合金粉末与碳化物(Cr_(3)C_(2)、WC)混合,采用激光熔覆技术在H13钢板上制备复合熔覆层。通过超景深显微镜和XRD分析其显微组织和物相,通过显微硬度测试、摩擦磨损试验和电化学腐蚀试验,分别评价熔覆层的硬度、耐磨性和耐蚀性,并通过超景深显微镜对磨痕形貌进行分析。结果添加碳化物后,熔覆层的微观组织以柱状晶和树枝晶为主,物相主要由γ-Co固溶体和碳化物(M23C6、M7C3)组成;Cr_(3)C_(2)的添加使得熔覆层的硬度降低,由610HV0.2降至530HV0.2,但耐磨性得到提高,磨损量由0.45 mm^(3)降至0.33 mm^(3),下降了28%,耐蚀性得到提高,腐蚀电位由-0.385 V增加到-0.264 V,腐蚀电流密度由9.269×10^(-10)A/cm^(2)降至1.496×10^(-10)A/cm^(2),极化电阻由3.982×10^(7)Ω·cm^(2)提升至2.424×10^(8)Ω·cm^(2),提高了1个数量级;WC的添加使其硬度由610HV0.2提高至750HV0.2,磨损深度变浅,磨损量由0.45 mm3降至0.19 mm^(3),下降了43%,但耐腐蚀性有所降低。3种熔覆层的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损。结论WC的添加可以有效提高熔覆层的硬度和耐磨性,但耐腐蚀性有所降低;添加Cr_(3)C_(2)后,耐蚀性得到显著提高,耐磨性略微提升,但硬度降低。

关键词：激光熔覆复合熔覆层显微硬度摩擦磨损行为磨损机制电化学腐蚀行为

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