SiC空心微球的制备及性能研究
发布时间：2021-08-27 06:30
SiC是IV-IV族二元固态化合物,它具有力学性能优良、化学性质稳定、热导率高、热稳定性好等特点,有望成为激光惯性约束聚变（ICF）物理实验中的重要靶丸。ICF用SiC空心微球常采用干凝胶法制备,然而受限于其制备原理,该方法无法实现大直径（mm级）、直径可调、壁厚均匀可控的高品质SiC空心微球的制备。随着我国ICF物理实验的不断发展,对直径、壁厚均匀可控的大直径（mm级）SiC空心微球的需求日益迫切,不得不探索新的制备方法。因此,本论文对等离子体增强化学气相沉积（PECVD）-高温热解法制备SiC空心微球进行了初步探索,并对微球的表面粗糙度、密度等性能进行了优化,为制备ICF物理实验所需的直径、壁厚均匀可控的大直径SiC空心微球提供了实验及技术依据。本论文以四甲基硅烷（TMS）、氢气（H2）及反式二丁烯（T2B）作为工作气源,采用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）方法在聚α甲基苯乙烯（PAMS）微球芯轴表面制备了掺硅的碳氢聚合物（Si-GDP）涂层,经过芯轴降解和高温热解过程,成功制备了SiC空心微球。研究了Si-GDP制备参数（TMS流...
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC的四面体单元与sp3杂化轨道(a)四面体单元(b)sp3杂化轨道
1-2 干凝胶法制备 SiC 空心微球的工艺流程示意 diagram of preparation for SiC hollow shells via 基片为阳极，靶材为阴极，两极间施加的电能离子，这些高能离子轰击靶材，使靶材核成膜的技术[51]。溅射法制备 SiC 空心微纯度的碳化硅作为靶材，以等离子体辉光轴，在其表面溅射 SiC 涂层。在涂层制备使样品盘内的 GDP 芯轴随机运动以确保涂 SiC 空心微球的过程中，影响 SiC 空心微真空度、靶材纯度、工作压强、射频功率的 SiC 空心微球，因 SiC 纯度较高，表面比较困难。此外，该方法沉积速率较慢，重影响了对 SiC 空心微球壁厚的拓展，无
PECVD)-高温热解法制备 SiC 空心微球的原理是以聚α甲基苯乙烯(PAMS)微球为芯轴，在芯轴表面沉积掺硅的碳氢聚合物(Si-GDP)涂层，再经过芯轴降解和高温热解过程，最终获得 SiC 空心微球[55][56]。此方法最初由美国利弗莫尔实验室 Hoppe 等人提出，用于制备 ICF 靶用空心玻璃微球[57]。制备空心玻璃微球和 SiC 空心微球的不同之处是，前者是在氧气环境中热解[58]，后者是在无氧环境下热解[56]。图 2-1 为 PECVD-高温热解法制备 SiC 空心微球的工艺流程图。第一步，以 PAMS 为芯轴，采用 PECVD 方法，在 PAMS 表面沉积 Si-GDP 涂层，形成 PAMS/Si-GDP 微球；第二步，将 PAMS/Si-GDP微球置于约 300 ℃惰性气体 Ar 环境下，降解去除 PAMS 芯轴，得到外层的Si-GDP 微球；第三步，将温度升高至 400~650 ℃使 Si-GDP 发生热解并逐渐形成 SiC，进一步升温至 900 ℃实现微球的致密化并最终得到 SiC 空心微球。可以看出，采用 PECVD-高温热解法制备 SiC 空心微球的的过程中，在具有高品质 PAMS 芯轴的前提下，影响 SiC 空心微球品质的因素主要包含两方面：一方面是 Si-GDP 涂层的制备条件；另一方面则是 Si-GDP 涂层的高
【参考文献】：
期刊论文
[1]四甲基硅流量对SiC空心微球成分及性能的影响[J]. 唐翠兰,王涛,黄景林,何小珊,刘磊,王红斌,何智兵. 硅酸盐学报. 2017(10)
[2]用于ICF的非晶SiC微球制备及微观结构研究[J]. 唐翠兰,王涛,黄景林,何小珊,张玲,刘磊,王红斌,易勇,何智兵. 原子能科学技术. 2017(05)
[3]预处理温度对聚碳硅烷粒子炉内成球性的影响[J]. 肖建建,李婧,李波,冯建鸿,韦建军. 原子能科学技术. 2015(12)
[4]工作压强对空心玻璃微球表面形貌和性能的影响[J]. 徐伟,王涛,吴章文,何智兵. 强激光与粒子束. 2015(12)
[5]化学气相沉积-氧化烧结法制备惯性约束聚变靶用空心玻璃微球[J]. 徐伟,王涛,何智兵,吴章文. 强激光与粒子束. 2015(06)
[6]辐照和碳化对SiC空心微球的影响[J]. 李婧,李洁,肖建建,冯建鸿,李波,张占文. 强激光与粒子束. 2014(05)
[7]炉内成球法制备SiC空心陶瓷微球[J]. 李婧,冯建鸿,肖建建,刘一杨,李洁,张占文,李波. 原子能科学技术. 2014(04)
[8]厚壁空心微球的球形度和壁厚均匀性的表征研究[J]. 刘梅芳,陈素芬,刘一杨,苏琳,史瑞廷,漆小波,李波,张占文. 强激光与粒子束. 2014(02)
[9]工作压强对射频辉光放电H2/C4H8等离子状态的影响[J]. 李蕊,何智兵,杨向东,何小珊,牛忠彩,贾晓琴. 物理学报. 2013(05)
[10]射频功率对辉光聚合物薄膜结构与光学性质的影响[J]. 牛忠彩,何智兵,张颖,韦建军,廖国,杜凯,唐永建. 物理学报. 2012(10)
博士论文
[1]快点火锥壳靶制备技术基础研究[D]. 杜凯.中国工程物理研究院 2014
[2]惯性约束聚变中的双壳层靶制备技术基础研究[D]. 张占文.中国工程物理研究院 2007
[3]新颖液晶光阀及紫外光电二极管阵列的研究[D]. 沈大可.浙江大学 2003
硕士论文
[1]高光洁度类金刚石碳膜的制备与性能研究[D]. 刘兴华.重庆大学 2008
本文编号：3365844
【文章来源】：西南科技大学四川省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC的四面体单元与sp3杂化轨道(a)四面体单元(b)sp3杂化轨道
1-2 干凝胶法制备 SiC 空心微球的工艺流程示意 diagram of preparation for SiC hollow shells via 基片为阳极，靶材为阴极，两极间施加的电能离子，这些高能离子轰击靶材，使靶材核成膜的技术[51]。溅射法制备 SiC 空心微纯度的碳化硅作为靶材，以等离子体辉光轴，在其表面溅射 SiC 涂层。在涂层制备使样品盘内的 GDP 芯轴随机运动以确保涂 SiC 空心微球的过程中，影响 SiC 空心微真空度、靶材纯度、工作压强、射频功率的 SiC 空心微球，因 SiC 纯度较高，表面比较困难。此外，该方法沉积速率较慢，重影响了对 SiC 空心微球壁厚的拓展，无
PECVD)-高温热解法制备 SiC 空心微球的原理是以聚α甲基苯乙烯(PAMS)微球为芯轴，在芯轴表面沉积掺硅的碳氢聚合物(Si-GDP)涂层，再经过芯轴降解和高温热解过程，最终获得 SiC 空心微球[55][56]。此方法最初由美国利弗莫尔实验室 Hoppe 等人提出，用于制备 ICF 靶用空心玻璃微球[57]。制备空心玻璃微球和 SiC 空心微球的不同之处是，前者是在氧气环境中热解[58]，后者是在无氧环境下热解[56]。图 2-1 为 PECVD-高温热解法制备 SiC 空心微球的工艺流程图。第一步，以 PAMS 为芯轴，采用 PECVD 方法，在 PAMS 表面沉积 Si-GDP 涂层，形成 PAMS/Si-GDP 微球；第二步，将 PAMS/Si-GDP微球置于约 300 ℃惰性气体 Ar 环境下，降解去除 PAMS 芯轴，得到外层的Si-GDP 微球；第三步，将温度升高至 400~650 ℃使 Si-GDP 发生热解并逐渐形成 SiC，进一步升温至 900 ℃实现微球的致密化并最终得到 SiC 空心微球。可以看出，采用 PECVD-高温热解法制备 SiC 空心微球的的过程中，在具有高品质 PAMS 芯轴的前提下，影响 SiC 空心微球品质的因素主要包含两方面：一方面是 Si-GDP 涂层的制备条件；另一方面则是 Si-GDP 涂层的高
【参考文献】：
期刊论文
[1]四甲基硅流量对SiC空心微球成分及性能的影响[J]. 唐翠兰,王涛,黄景林,何小珊,刘磊,王红斌,何智兵. 硅酸盐学报. 2017(10)
[2]用于ICF的非晶SiC微球制备及微观结构研究[J]. 唐翠兰,王涛,黄景林,何小珊,张玲,刘磊,王红斌,易勇,何智兵. 原子能科学技术. 2017(05)
[3]预处理温度对聚碳硅烷粒子炉内成球性的影响[J]. 肖建建,李婧,李波,冯建鸿,韦建军. 原子能科学技术. 2015(12)
[4]工作压强对空心玻璃微球表面形貌和性能的影响[J]. 徐伟,王涛,吴章文,何智兵. 强激光与粒子束. 2015(12)
[5]化学气相沉积-氧化烧结法制备惯性约束聚变靶用空心玻璃微球[J]. 徐伟,王涛,何智兵,吴章文. 强激光与粒子束. 2015(06)
[6]辐照和碳化对SiC空心微球的影响[J]. 李婧,李洁,肖建建,冯建鸿,李波,张占文. 强激光与粒子束. 2014(05)
[7]炉内成球法制备SiC空心陶瓷微球[J]. 李婧,冯建鸿,肖建建,刘一杨,李洁,张占文,李波. 原子能科学技术. 2014(04)
[8]厚壁空心微球的球形度和壁厚均匀性的表征研究[J]. 刘梅芳,陈素芬,刘一杨,苏琳,史瑞廷,漆小波,李波,张占文. 强激光与粒子束. 2014(02)
[9]工作压强对射频辉光放电H2/C4H8等离子状态的影响[J]. 李蕊,何智兵,杨向东,何小珊,牛忠彩,贾晓琴. 物理学报. 2013(05)
[10]射频功率对辉光聚合物薄膜结构与光学性质的影响[J]. 牛忠彩,何智兵,张颖,韦建军,廖国,杜凯,唐永建. 物理学报. 2012(10)
博士论文
[1]快点火锥壳靶制备技术基础研究[D]. 杜凯.中国工程物理研究院 2014
[2]惯性约束聚变中的双壳层靶制备技术基础研究[D]. 张占文.中国工程物理研究院 2007
[3]新颖液晶光阀及紫外光电二极管阵列的研究[D]. 沈大可.浙江大学 2003
硕士论文
[1]高光洁度类金刚石碳膜的制备与性能研究[D]. 刘兴华.重庆大学 2008
本文编号：3365844
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