复合含能桥膜的制备及物理表征

发布时间：2017-07-17 00:23

  本文关键词：复合含能桥膜的制备及物理表征

  更多相关文章： 磁控溅射 Ti薄膜 B薄膜 PbO薄膜 复合含能桥膜 电爆测试

【摘要】：复合含能桥膜是一种新型的纳米复合薄膜材料,它主要分为合金化反应膜和化学反应膜两类,是由两种不同材料且厚度为纳米量级的单层薄膜交替叠加组成的,或者是不同的薄膜材料以纳米颗粒的形式相互镶嵌形成的。通过在桥膜两端电极上施加电压,使电流通过桥膜,产生焦耳热,在热能和电能的共同作用下,复合含能桥膜中的材料发生反应并释放热量。复合含能桥膜为核心的火工品器件通常可以用作驱动部件、推进器、点火器和能量源。它具有能够提供非常高的能量密度、非常快的能量释放速率、输出稳定和安全的特点。本文首先采用磁控溅射技术制备了单层Ti、B和PbO薄膜,通过白光干涉仪、四探针测试仪、原子力显微镜(AFM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和X射线衍射仪分别对单层薄膜的沉积速率、电阻率、表面形貌、微观结构和结晶取向进行表征,研究工艺参数对其物理特性的影响并确定最佳的制备工艺参数。根据物理表征的结果可知：在溅射功率225W、工作气压0.8Pa、氩气流量100sccm的工艺参数条件下制备的Ti薄膜具有较高的沉积速率为54.81 nm/min、最小的电阻率为4.69×10-3Ω·cm、最小的表面粗糙度为3.75nm、薄膜结构致密,因此该工艺参数适合制备Ti薄膜；当工艺参数为溅射功率120W、工作气压0.3Pa、氩气流量50sccm时,制备得到的B薄膜结构最致密、表面粗糙度最小为1.14nm、结晶状态为多晶,因而该工艺参数适合制备B薄膜；采用溅射功率50W、工作气压0.5Pa、氩气流量40sccm的工艺参数得到的PbO薄膜具有较高的沉积速率为25.46nm/min、最小的电阻率为27.43×10-3Ω·cm、薄膜结构最致密、表面粗糙度最小为6.17nm、薄膜的化学组成为α-PbO和β-PbO不含Pb304,故PbO薄膜适合采用该工艺参数制备。然后在制备有光刻胶图形的聚酰亚胺基底上分别交替沉积Ti和B薄膜、Ti和PbO薄膜,制备得到总厚度为4μm,层数为4层、8层和20层的Ti/B、Ti/PbO复合含能桥膜。最后使用电爆测试系统对不同层数的Ti/B、Ti/PbO复合含能桥膜进行电爆测试,获得电爆过程的高速摄影照片及复合含能桥膜爆燃持续时间。电爆测试结果表明,4层的复合含能桥膜起爆速度最快,但爆燃持续时间较短,爆燃不够剧烈。层数为8层的复合含能桥膜在爆燃持续时间和爆燃的剧烈程度上比其他层数的复合含能桥膜更具优势。8层的Ti/PbO复合含能桥膜爆燃时间可持续80ms,8层的Ti/B复合含能桥膜爆燃最为剧烈。
【关键词】：磁控溅射 Ti薄膜 B薄膜 PbO薄膜 复合含能桥膜 电爆测试
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-13
• 1.1 研究背景及意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.3 本文的研究内容12-13
• 2 基本原理及测试技术13-20
• 2.1 磁控溅射技术13-15
• 2.1.1 磁控溅射原理13
• 2.1.2 磁控溅射设备13-14
• 2.1.3 薄膜制备流程14-15
• 2.2 白光干涉仪15
• 2.3 四探针测试仪15-16
• 2.4 原子力显微镜16-17
• 2.5 扫描电子显微镜17-18
• 2.6 X射线衍射仪18-19
• 2.7 小结19-20
• 3 单层薄膜制备工艺研究20-53
• 3.1 实验方法20-21
• 3.2 Ti薄膜的物理表征21-33
• 3.2.1 Ti薄膜沉积速率的表征及分析21-24
• 3.2.2 Ti薄膜电阻率的表征及分析24-27
• 3.2.3 Ti薄膜表面形貌表征27-31
• 3.2.4 Ti薄膜微观结构表征及X射线衍射分析31-33
• 3.2.5 Ti薄膜与聚酰亚胺基底附着力测试33
• 3.3 硼薄膜的物理表征33-39
• 3.3.1 硼薄膜沉积速率的表征及分析33-36
• 3.3.2 硼薄膜表面形貌表征36-37
• 3.3.3 硼薄膜微观结构表征及X射线衍射分析37-39
• 3.4 PbO薄膜的物理表征39-52
• 3.4.1 PbO薄膜沉积速率的表征及分析39-41
• 3.4.2 PbO薄膜电阻率的表征及分析41-44
• 3.4.3 PbO薄膜表面形貌表征44-48
• 3.4.4 PbO薄膜微观结构表征及X射线衍射分析48-52
• 3.5 小结52-53
• 4 复合含能桥膜的制备及物理表征53-58
• 4.1 复合含能桥膜的制备53-54
• 4.2 复合含能桥膜的物理表征54-57
• 4.2.1 复合含能桥膜表面形貌表征54-57
• 4.2.2 复合含能桥膜微观结构表征57
• 4.3 小结57-58
• 5 复合含能桥膜的电爆测试58-64
• 5.1 电爆测试系统58
• 5.2 电爆测试现象及分析58-63
• 5.3 小结63-64
• 6 结论64-67
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文70-71
• 致谢71-73

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