纳米多层膜高温自蔓延及反应辅助连接研究
发布时间：2020-12-29 02:40
近年来,利用激光激励纳米结构多层膜自蔓延反应瞬间放热作为热源实现热敏感材料连接的方式,在微纳米器件制造领域备受关注。纳米结构多层膜在自蔓延反应过程中,由于熵值降低而释放原子间结合能,反应速度可高达30 m/s,在局部空间瞬间产生1400K以上的高温,在50 ms内迅速冷却至室温。并且可以在真空或者水下自发持续进行,对降低连接过程对外加热源的要求,精确控制母材热输入,获得微纳器件的精密连接具有重要意义。本论文提出以反应性纳米多层膜（RNML）作为连接中间层,开展了Ti/Ni和Ni/Al纳米多层膜连接研究。通过结构设计、制备及性能表征,获得了调制结构与热学性能相匹配的纳米多层膜,采用纳米多层膜对金属及非金属材料进行了不同连接工艺的试验研究,系统研究了薄膜原子比和连接工艺参数对接头组织和性能的影响,深入分析了连接界面反应和接头失效机理。研究了Ti/Ni,Ti/Al和Ni/Al三种反应性纳米多层膜的微观结构和自蔓延反应特性。采用物理气相沉积技术（磁控溅射法）制备得到Ti/Ni,Ti/Al和Ni/Al三种不同体系的多层膜。通过高速摄影观察了薄膜的自蔓延反应过程,并对放热量及其产物进行了理论计算和...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【图文】：
SHS反应过程示意图
图 1-3 机械轧制示意图[34]Figure 1-3 Scheme of cold rolling procedure[34].1.2.3.2 化学气相沉积法化学气相沉积法是将含有薄膜元素的化合物或单质气体通入反应室内，利用气相物质在衬底表面发生化学反应而形成固态薄膜的工艺。Lan 等人[36]采用大功率直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法制备微/纳米多层金刚石薄膜，该多层膜具有 4 层膜结构，并在微/纳米层间呈现相互嵌套式的界面。随着多层膜层数的增加，膜生长速率出现先升高后降低然后再升高的变化趋势。化学气相沉积技术成膜均匀致密，沉积速度快，膜与衬底结合力强，特定材料的膜层还具有优异的光、热和电学性能，并且易于生产，但该技术难以实现大量交替多层膜材料的制备[37]。1.2.3.3 物理气相沉积法常用的制备纳米多层膜的物理气相沉积技术主要有真空蒸镀，电子束蒸镀，离子束溅射和磁控溅射法。真空蒸镀法是在高真空中将镀料加热并蒸发，使其由
北京工业大学工学博士学位论文阴极离子溅射，多弧离子溅射和反应离子溅射等。李福球等人镀法在不锈钢上沉积了 10 μm 以上的多元交替 Ti/TiN/Zr/ZrN材料耐腐蚀程度，其薄膜表面与截面 SEM 如图 1-5 所示[40]。可面平整致密，表面分布有色浅且大小不一的球形颗粒这是阴极艺存在的“液滴”造成的。Ti/TiN/Zr/ZrN 多层膜截面有 18 个为 800 nm 左右，总厚度为 15 μm。采用多层结构包裹液滴，性极为重要[41]。Olbrich 等把直流偏压改成脉冲形式，产生了镀技术[42]。与传统的直流偏压工艺相比，有减少大颗粒数量与度和改善结构组织等优点。刘天伟等在不同偏压下利用多弧离i/TiN 多层膜，研究表明脉冲偏压不但影响多层膜物相各衍射相 Ti2N 的出现[43]。随着脉冲偏压的增加，柱状晶结构细化，腐蚀性能优良。
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接速度对TC4钛合金激光焊接成形及组织的影响[J]. 李明军,陈和兴,陈永城,罗子艺. 焊接技术. 2017(12)
[2]钛合金焊接技术[J]. 杨晶晶,缪强,梁文萍. 热处理. 2017(06)
[3]TC4钛合金中厚板激光焊接接头显微组织与力学性能[J]. 陈永城,张宇鹏,罗子艺,韩善果,哈斯金·弗拉基斯拉夫. 应用激光. 2017(05)
[4]2.0mm厚TC4钛合金激光焊接接头组织与力学性能研究[J]. 赵晓龙,王彬,巩水利,何恩光. 热加工工艺. 2017(09)
[5]3D打印陶瓷材料研究进展[J]. 贲玥,张乐,魏帅,孙炳恒,李正,周天元,张其土,杨浩,陈浩. 材料导报. 2016(21)
[6]钛及钛合金先进连接技术研究[J]. 陈思杰,朱春莉. 热加工工艺. 2015(03)
[7]Ni/Al纳米金属箔自蔓延焊接钛/铜异种材料[J]. 何金江,徐学礼,王越,李勇军. 焊接学报. 2015(01)
[8]纳米多层膜的研究现状[J]. 张山山,王锦标,苏永要. 材料导报. 2014(21)
[9]纳米反应多层膜的制备及应用[J]. 蒋小军,王军,沈金朋,李瑞,杨光成,黄辉. 材料导报. 2014(07)
[10]Al/Ni和Al/Ti纳米多层薄膜制备与表征[J]. 李东乐,朱朋,付帅,沈瑞琪,叶迎华,华天丽. 含能材料. 2013(06)
硕士论文
[1]TA2、TC4钛合金原始组织对其变形后组织性能的影响[D]. 于欢欢.沈阳航空航天大学 2016
[2]磁控溅射金属增韧的TiN/AIN纳米多层膜制备与性能研究[D]. 张金林.沈阳大学 2012
[3]钛合金激光搭接焊及数值模拟[D]. 彭善德.华中科技大学 2006
本文编号：2944846
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【图文】：
SHS反应过程示意图
图 1-3 机械轧制示意图[34]Figure 1-3 Scheme of cold rolling procedure[34].1.2.3.2 化学气相沉积法化学气相沉积法是将含有薄膜元素的化合物或单质气体通入反应室内，利用气相物质在衬底表面发生化学反应而形成固态薄膜的工艺。Lan 等人[36]采用大功率直流电弧等离子体喷射化学气相沉积法制备微/纳米多层金刚石薄膜，该多层膜具有 4 层膜结构，并在微/纳米层间呈现相互嵌套式的界面。随着多层膜层数的增加，膜生长速率出现先升高后降低然后再升高的变化趋势。化学气相沉积技术成膜均匀致密，沉积速度快，膜与衬底结合力强，特定材料的膜层还具有优异的光、热和电学性能，并且易于生产，但该技术难以实现大量交替多层膜材料的制备[37]。1.2.3.3 物理气相沉积法常用的制备纳米多层膜的物理气相沉积技术主要有真空蒸镀，电子束蒸镀，离子束溅射和磁控溅射法。真空蒸镀法是在高真空中将镀料加热并蒸发，使其由
北京工业大学工学博士学位论文阴极离子溅射，多弧离子溅射和反应离子溅射等。李福球等人镀法在不锈钢上沉积了 10 μm 以上的多元交替 Ti/TiN/Zr/ZrN材料耐腐蚀程度，其薄膜表面与截面 SEM 如图 1-5 所示[40]。可面平整致密，表面分布有色浅且大小不一的球形颗粒这是阴极艺存在的“液滴”造成的。Ti/TiN/Zr/ZrN 多层膜截面有 18 个为 800 nm 左右，总厚度为 15 μm。采用多层结构包裹液滴，性极为重要[41]。Olbrich 等把直流偏压改成脉冲形式，产生了镀技术[42]。与传统的直流偏压工艺相比，有减少大颗粒数量与度和改善结构组织等优点。刘天伟等在不同偏压下利用多弧离i/TiN 多层膜，研究表明脉冲偏压不但影响多层膜物相各衍射相 Ti2N 的出现[43]。随着脉冲偏压的增加，柱状晶结构细化，腐蚀性能优良。
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接速度对TC4钛合金激光焊接成形及组织的影响[J]. 李明军,陈和兴,陈永城,罗子艺. 焊接技术. 2017(12)
[2]钛合金焊接技术[J]. 杨晶晶,缪强,梁文萍. 热处理. 2017(06)
[3]TC4钛合金中厚板激光焊接接头显微组织与力学性能[J]. 陈永城,张宇鹏,罗子艺,韩善果,哈斯金·弗拉基斯拉夫. 应用激光. 2017(05)
[4]2.0mm厚TC4钛合金激光焊接接头组织与力学性能研究[J]. 赵晓龙,王彬,巩水利,何恩光. 热加工工艺. 2017(09)
[5]3D打印陶瓷材料研究进展[J]. 贲玥,张乐,魏帅,孙炳恒,李正,周天元,张其土,杨浩,陈浩. 材料导报. 2016(21)
[6]钛及钛合金先进连接技术研究[J]. 陈思杰,朱春莉. 热加工工艺. 2015(03)
[7]Ni/Al纳米金属箔自蔓延焊接钛/铜异种材料[J]. 何金江,徐学礼,王越,李勇军. 焊接学报. 2015(01)
[8]纳米多层膜的研究现状[J]. 张山山,王锦标,苏永要. 材料导报. 2014(21)
[9]纳米反应多层膜的制备及应用[J]. 蒋小军,王军,沈金朋,李瑞,杨光成,黄辉. 材料导报. 2014(07)
[10]Al/Ni和Al/Ti纳米多层薄膜制备与表征[J]. 李东乐,朱朋,付帅,沈瑞琪,叶迎华,华天丽. 含能材料. 2013(06)
硕士论文
[1]TA2、TC4钛合金原始组织对其变形后组织性能的影响[D]. 于欢欢.沈阳航空航天大学 2016
[2]磁控溅射金属增韧的TiN/AIN纳米多层膜制备与性能研究[D]. 张金林.沈阳大学 2012
[3]钛合金激光搭接焊及数值模拟[D]. 彭善德.华中科技大学 2006
本文编号：2944846
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