Ni及SiC-Ni有序結(jié)構(gòu)復(fù)合涂層的制備與性能研究.pdf

1、有序結(jié)構(gòu)特別是光子晶體具有光子禁帶,可以控制光的反射、透射等性能,目前人們紛紛開展有序結(jié)構(gòu)熱輻射調(diào)控技術(shù)的研究。利用光子晶體具有禁帶位置高反射率及禁帶附近輻射率增強的特點,通過構(gòu)筑有序結(jié)構(gòu),可獲得具有光子晶體結(jié)構(gòu)的新型防護涂層。本文主要進行了Ni及SiC/Ni有序結(jié)構(gòu)復(fù)合涂層的制備、力學行為、輻射性能與傳熱特性的研究。
　　利用垂直沉積法和不同粒徑的聚苯乙烯微球制備了不同的膠體晶體模板,模板具有大面積的有序性。利用模板進行二次垂直

2、沉積,制備出雙層復(fù)合周期結(jié)構(gòu)膠體晶體模板,兩層模板都具有高質(zhì)量的周期性排列,光譜測試表明存在著明顯的雙光子禁帶。利用垂直沉積法可以在金屬絲上制備出膠體晶體模板,但模板中存在四方、六方排列。利用模板輔助電沉積技術(shù),獲得了鎳三維有序結(jié)構(gòu)。沉積溫度為25℃時,鎳有序結(jié)構(gòu)表面光滑、均勻性好;沉積溫度為50℃時,制備出的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不規(guī)則性,孔壁結(jié)構(gòu)比較粗糙,有序性差。沉積時間為1min時,獲得鎳二維有序結(jié)構(gòu);電沉積2.5min后,制備約3層有序結(jié)構(gòu)

3、。沉積6min后,制備出結(jié)構(gòu)均勻完整的三維的鎳有序結(jié)構(gòu),沉積時間至20min,可以獲得厚度約30μm的有序結(jié)構(gòu)鎳。鎳有序結(jié)構(gòu)無明顯的反射峰,隨著波長的增加而增加。不同溫度處理后鎳孔骨架發(fā)生粗化,局部孔壁有斷裂現(xiàn)象,但大孔鎳的整體結(jié)構(gòu)仍保持有序性。
　　采用Berkovich壓頭進行了納米壓痕測試,在相同載荷下,有序結(jié)構(gòu)的硬度和彈性模量隨著孔徑的減小而增大,即“smaller is stronger”現(xiàn)象。在9mN的載荷下,硬度由8

4、5.54MPa增加為717.75MPa,彈性模量由1.55GPa增加為8.13GPa;在5mN的載荷下,硬度由88.11MPa增加為797.42MPa,彈性模量由1.75GPa增加為9.57GPa。測試出的兩種孔徑鎳有序結(jié)構(gòu)的表面殘余應(yīng)力數(shù)值為負數(shù),表明鎳有序結(jié)構(gòu)表面存在的殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力。
　　隨著鎳有序結(jié)構(gòu)孔徑的增加,顯微硬度逐漸降低,當粒徑由312nm增加到1200nm時,顯微硬度由358.03HV下降為230.67HV。顯

5、微壓入殘余變形主要為壓頭壓入?yún)^(qū)域內(nèi)的變形,包括孔壁的彈性變形、孔壁的彎曲、孔的塌陷、孔壁的斷裂和致密化。不同溫度處理后,鎳有序結(jié)構(gòu)的顯微硬度逐漸下降。
　　利用磁控濺射制備了SiC薄膜,XRD、XPS分析表明,SiC為非晶結(jié)構(gòu)。制備出不同粒徑的SiO2單層模板,利用SiO2膠體晶體模板為磁控濺射SiC的基板,SiC在SiO2微球表面原位生長,進而制備出SiC納米柱有序結(jié)構(gòu)。研究了不同粒徑的納米柱有序結(jié)構(gòu)的光致發(fā)光,發(fā)現(xiàn)制備成納米柱

6、陣列,光致發(fā)光強度比SiC薄膜有較大提高,原因是表面積的增加和有序結(jié)構(gòu)可改善發(fā)射特性。
　　在鎳有序結(jié)構(gòu)表層磁控濺射碳化硅涂層,觀察了不同沉積時間的結(jié)構(gòu)形貌圖,發(fā)現(xiàn)碳化硅填充鎳有序結(jié)構(gòu)表層的孔洞,但不會更深的滲入,形成了類光柵結(jié)構(gòu)的表面碗狀圖案化涂層。測試了有無鎳有序結(jié)構(gòu)時的涂層發(fā)射率,發(fā)現(xiàn)存在有序結(jié)構(gòu)的涂層光譜發(fā)射率有一定的提高,提高的原因是表面粗糙度的增加和有序結(jié)構(gòu)形成的相干熱輻射。
　　以實驗制備的有序結(jié)構(gòu)復(fù)合涂層為計