铝基复合多层含能薄膜微结构和点火特性研究

发布时间：2017-09-04 23:19

  本文关键词：铝基复合多层含能薄膜微结构和点火特性研究

  更多相关文章： Al/NiO多层含能薄膜 Al薄膜 NiO薄膜 Cr薄膜桥 磁控溅射

【摘要】：金属薄膜桥电火工品相对于传统金属桥丝电火工品具有点火功率小、可靠性高、能大面积集成等优点。但在实际应用中,金属薄膜桥的输出能量较低,桥与火药间少许的间隙可能导致不能成功发火。为进一步提高金属薄膜桥点火可靠性,本文采用磁控溅射法制备了不同调制周期的Al/NiO多层含能薄膜。通过掩膜工艺将Al/NiO多层薄膜集成到Cr薄膜桥上制成了(Al/NiO)_n/Cr复合薄膜点火器,对点火器的点火性能做了系统的研究。具体内容如下:1、采用直流磁控溅射法在Al_2O_3陶瓷基片上制备了不同厚度的单层Al薄膜和NiO薄膜。真空腔中残余O_2和空气中的O_2会造成Al薄膜部分氧化。NiO薄膜为多晶薄膜,电阻率为8.5Ωcm,薄膜中Ni和O原子比约为1:1。Al薄膜和NiO薄膜表面均会出现不同程度的孔洞,这主要是由薄膜岛状生长机制及基片本身表面缺陷造成。2、通过交替沉积Al薄膜和NiO薄膜制备了Al/NiO多层含能薄膜,多层膜总厚度为3μm,调制周期厚度分别为250 nm、500 nm、750 nm、1000 nm、1500 nm。不同周期厚度的Al/NiO薄膜具有清晰的层状结构,层与层间连接紧密。表层Al薄膜由于空气中O_2的氧化变得粗糙,颗粒间会出现不同程度的团聚。当Al/NiO薄膜周期厚度为250 nm时,在未退火情况下,薄膜中存在少量金属态Ni扩散到薄膜表层,经过不同温度退火后,薄膜扩散更加剧烈,随着温度升高薄膜层与层间原子扩散更剧烈,反应更完全。Al/NiO多层薄膜的热导率随界面数量的增加而减小。周期厚度为250 nm的Al/NiO多层薄膜的放热反应过程分为固相-固相和固相-液相两个过程,能量密度约为2440 J/g,为理论值的71.8%。3、通过直流磁控溅射和湿法腐蚀工艺制备了Cr薄膜点火桥,点火桥桥区电阻为2Ω,在其表面集成不同周期厚度的Al/NiO多层膜制成的(Al/NiO)_n/Cr点火器在充电电容为47μF,充电电压为40 V下均能成功发火,当多层膜周期厚度为1000nm时,点火时间短,火花高度高,点火效果最优,Al/NiO多层含能薄膜的引入能够显著提高Cr薄膜桥点火性能。
【关键词】：Al/NiO多层含能薄膜 Al薄膜 NiO薄膜 Cr薄膜桥 磁控溅射
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.1.1 电火工品研究背景及意义10
• 1.1.2 含能薄膜研究背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状和发展态势12-18
• 1.2.1 金属/金属型的多层含能薄膜12-15
• 1.2.2 金属/金属氧化物型多层含能薄膜15-18
• 1.3 选题依据18-19
• 1.4 研究内容19-20
• 第二章 实验方法与原理20-31
• 2.1 溅射镀膜技术20-23
• 2.1.1 磁控溅射原理20-21
• 2.1.2 直流磁控溅射法21-22
• 2.1.3 反应溅射22-23
• 2.1.4 磁控溅射镀膜设备介绍23
• 2.2 薄膜及器件表征方法23-31
• 2.2.1 X射线衍射仪23-25
• 2.2.2 扫描电子显微镜25-26
• 2.2.3 X射线光电子能谱分析26-27
• 2.2.4 薄膜材料热学性能超快测量系统27-28
• 2.2.5 差示扫描量热法28-29
• 2.2.6 电爆性能测试电路29-31
• 第三章 Al、NiO单层薄膜制备工艺研究31-43
• 3.1 Al、NiO薄膜制备工艺条件31-33
• 3.1.1 实验材料31-32
• 3.1.2 实验流程32-33
• 3.2 单层Al薄膜制备与表征33-36
• 3.2.1 实验参数33
• 3.2.2 单层Al薄膜表征33-36
• 3.3 单层NiO膜制备与表征36-42
• 3.3.1 不同氧分压下NiO薄膜沉积速率36
• 3.3.2 不同氧分压下NiO薄膜的晶相结构36-37
• 3.3.3 不同氧分压下NiO薄膜的电阻率37-38
• 3.3.4 用于多层含能薄膜的单层NiO薄膜制备工艺38-39
• 3.3.5 单层NiO薄膜表征39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 Al/NiO多层含能薄膜的制备与表征43-56
• 4.1 Al/NiO多层薄膜的制备43-44
• 4.2 Al/NiO多层薄膜的表征44-54
• 4.2.1 Al/NiO多层薄膜结构测试44-45
• 4.2.2 Al/NiO多层断面形貌分析45-46
• 4.2.3 Al/NiO多层薄膜表面形貌及元素分析46-48
• 4.2.4 Al/NiO多层薄膜界面反应机制分析48-52
• 4.2.5 Al/NiO多层薄膜导热性能表征52-54
• 4.2.6 Al/NiO多层薄膜放热性能表征54
• 4.3 本章小结54-56
• 第五章 (Al/NiO)_n/Cr点火器制备及性能研究56-64
• 5.1 (Al/NiO)_n/Cr点火器的制备56-58
• 5.2 (Al/NiO)_n/Cr点火器点火性能测试58-63
• 5.2.1 (Al/NiO)_n/Cr点火器伏安特性曲线59-60
• 5.2.2 (Al/NiO)_n/Cr点火器点火过程测试60-62
• 5.2.3 (Al/NiO)_n/Cr点火器点火后成分测试62-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士期间取得的研究成果72-73

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