CVD金刚石自支撑膜的制备与热物理性能研究

发布时间：2018-06-06 14:50

  本文选题：直流电弧等离子体喷射 + 金刚石膜　； 参考：《北京科技大学》2015年博士论文

【摘要】：CVD金刚石膜具有优异的光学、热学和力学性能成为理想的长波红外窗口材料。而在作为高速飞行器红外窗口使用时,窗口材料驻点温度瞬间可达到600℃以上。为满足实际应用需要,针对CVD金刚石膜在使用环境下(高温)的光学、热学及力学性能研究十分必要。 本文采用直流电弧等离子体喷射CVD法通过控制参数制备质量和厚度各异的金刚石膜,借助或设计各种高温加热附件研究了金刚石自支撑膜的高温光学、热学和力学性能。 采用直流电弧等离子体喷射CVD法成功制备了Φ100mm无裂纹金刚石自支撑膜,抛光后厚度为1.02mm,在10.6μm处透过率大于60%；含氮杂质的金刚石膜采用532nm激发拉曼谱中会在1420cm-1附近出现一个宽锋,通过变换拉曼激发波长证明了该峰位并非本征拉曼特征峰,结合488nm和514nm激发波长分析发现该峰位属膜内氮杂质相关[N-V]0空位引起的荧光峰。 随着温度升高金刚石膜红外透过率下降速率增加,同时本征峰和氮、氢杂质特征峰向短波数偏移,不同厚度和质量的金刚石膜的吸收系数随温度的增加程度近似；0.33mm厚金刚石膜在950K时在10.6μm处透过率较室温时下降7.11%,吸收系数增加2.7倍。 抛光后金刚石膜的热导率与光学质量成正比关系,室温下生长面热导率略高于形核面；1.68mm厚金刚石膜在水平方向和垂直方向的热导率与温度成λ～T-n关系,两个方向热导率在室温时存在9%的各向异性,温度升高至400K后各向异性消失,在500K热导率仍在1000W.m-1.K-1以上,且500K以后热导率与高质量单晶水平接近。 以硫化锌和蓝宝石为参考材料对金刚石断裂强度进行归一化,证明采用自行研制金刚石力学试验机测得的硫化锌和蓝宝石断裂强度相对精细陶瓷材料断裂强度国家标准下测得的结果略偏低；有限的高温断裂强度数据表明在873K下金刚石膜的断裂强度与室温相比几乎不变。 砂蚀试验表明金刚石膜的冲蚀损伤主要是从晶界和表面缺陷处开始的,生长面晶界密度低,在短时间冲蚀条件下,与形核面相比具有更好的抗砂蚀性能：在1000K下氧化后会加速生长面的冲蚀过程,降低其抗砂蚀性能。
[Abstract]:CVD diamond films have excellent optical, thermal and mechanical properties. When used as infrared window of high speed vehicle, the temperature of window material can reach above 600 鈩，

本文编号：1987024