油膜厚度的超声测量方法及氮化铝压电薄膜的制备

发布时间：2017-04-07 07:02

  本文关键词：油膜厚度的超声测量方法及氮化铝压电薄膜的制备，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：润滑对于机器很重要,润滑油膜可以降低接触零件间因相互运动造成的摩擦和磨损,这层油膜通常很薄,当油膜失效时,接触表面会急剧升温并加速磨损,最终导致机器不能正常工作。因此在线监测油膜厚度并及时预警有着重要的工程实际意义。与电学法和光学法相比,超声测量法没有电隔离和透光的限制,因此有良好的应用前景。但传统测量使用的换能器较为笨重,需要通过在工件表面打孔的方式进行固定。本文对超声波油膜厚度测量方法进行了研究,研究使用磁控溅射法,将Al N压电薄膜沉积在工件表面,实现油膜厚度的非侵入性测量。根据垂直入射声波在三层介质中传播的相关理论,建立不同油膜厚度测量的谐振模型和弹簧模型。通过对两种模型进行比较,求得反射系数、声波频率及膜厚的关系,得出不同模型在膜厚测量中的适用范围。采用反应磁控溅射的方法在不锈钢上沉积Al N薄膜。设计了Al N薄膜的制备过程,并研究改变溅射功率、基底温度、氮气流量比等工艺条件对Al N薄膜生长的影响。使用X射线衍射仪(XRD)对薄膜结构进行表征,用原子力显微镜(AFM)观察薄膜表面形貌。结果表明增加溅射功率、将N2的浓度控制在30~70%,降低基底的粗糙度等方法有助于取向性Al N薄膜的生长。
【关键词】：超声波测量 油膜厚度 反射系数 AlN薄膜 磁控溅射
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH117;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 第一章 绪论13-19
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-18
• 1.2.1 电学和光学测量法14-16
• 1.2.2 超声波测量法16-18
• 1.3 本课题的主要研究内容及目标18-19
• 第二章 超声波膜厚测量理论模型19-31
• 2.1 超声波的声学基础19-22
• 2.1.1 声波的分类19-20
• 2.1.2 声速20
• 2.1.3 声压20-21
• 2.1.4 声阻抗与声阻抗率21
• 2.1.5 声强与声功率21
• 2.1.6 声波的衰减与吸收21-22
• 2.2 垂直入射声波的反射与透射22-23
• 2.3 机械结构油膜层的反射系数23-30
• 2.3.1 谐振模型25-27
• 2.3.2 弹簧模型27-29
• 2.3.3 两种模型的比较29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 超声压电换能器的理论研究31-42
• 3.1 压电效应31
• 3.2 压电材料简介31-32
• 3.3 几种常用的压电薄膜材料32-33
• 3.3.1 锆钛酸铅(PZT)32
• 3.3.2 氧化锌(ZnO)32-33
• 3.3.3 氮化铝(AlN)33
• 3.4 压电薄膜的电学性质33-35
• 3.4.1 压电常数33-34
• 3.4.2 机电耦合系数34
• 3.4.3 机械品质因数34
• 3.4.4 介电常数34-35
• 3.4.5 介质损耗35
• 3.4.6 居里温度35
• 3.5 压电振子的振动模式35-36
• 3.6 圆形压电振子的声场分析36-39
• 3.6.1 声场特性36-38
• 3.6.2 声场指向性38-39
• 3.7 超声压电换能器结构39-41
• 3.7.1 典型压电换能器探头的基本结构39-40
• 3.7.2 压电薄膜换能器探头结构40-41
• 3.8 本章小结41-42
• 第四章 超声测量用AlN薄膜的制备与表征42-59
• 4.1 氮化铝的晶体结构42-43
• 4.2 AlN薄膜的制备方法43-44
• 4.3 实验设备与材料44-46
• 4.3.1 实验设备44-45
• 4.3.2 实验材料45-46
• 4.4 添加中间层的设计方案46-48
• 4.5 实验技术路线48-49
• 4.6 薄膜的制备过程49-52
• 4.6.1 不锈钢基底的抛光49
• 4.6.2 不锈钢基底的夹具设计49-50
• 4.6.3 基底的清洗50-51
• 4.6.4 硅基底的台阶制备51
• 4.6.5 不锈钢基底中间层的制备51-52
• 4.6.6 AlN薄膜的制备52
• 4.7 Al N薄膜的表征52-55
• 4.7.1 薄膜厚度的测量52-53
• 4.7.2 薄膜结构的表征53-55
• 4.7.3 薄膜成分的分析55
• 4.8 上电极的制备55-58
• 4.8.1 蒸发镀膜法制备上电极55-58
• 4.8.2 磁控溅射法制备上电极58
• 4.9 本章小结58-59
• 第五章 反应磁控溅射制备AlN压电薄膜59-69
• 5.1 AlN薄膜生长模型59-60
• 5.2 不同溅射功率对制备AlN薄膜的影响60-64
• 5.2.1 实验过程60
• 5.2.2 实验结果及分析讨论60-64
• 5.3 不同氮气流量比对制备AlN薄膜的影响64-65
• 5.4 不同基底对制备AlN薄膜的影响65-68
• 5.4.1 实验过程65
• 5.4.2 实验结果及分析讨论65-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 6.1 总结69
• 6.2 展望69-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文77

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