激光晶化二氧化鈦非晶薄膜組織與性能研究.pdf

1、納米二氧化鈦薄膜作為一種功能薄膜不僅具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、耐蝕性和致密性，而且具有光催化、光降解、消毒、殺菌和自清潔等功能。近年來在凈化空氣、廢水處理、自潔凈玻璃、光催化殺菌等許多方面得到大量應(yīng)用。激光晶化作為以激光為熱源的一種新型材料加工方法在材料表面納米晶體制備方面具有廣泛的應(yīng)用。 本文應(yīng)用有限元分析軟件MSC.Marc建立了激光晶化過程中熱源、樣品的有限元模型，用該模型計算出在不同激光參數(shù)下樣品的溫度場分布。以中頻

2、孿生非平衡磁控濺射沉積設(shè)備制備的非晶二氧化鈦薄膜為前驅(qū)體，利用激光晶化技術(shù)實現(xiàn)從非晶二氧化鈦到納米二氧化鈦的相變。將模擬結(jié)果同實驗得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，系統(tǒng)分析激光工藝參數(shù)對薄膜的晶型、晶粒及性能的影響。 溫度場模擬得出如下結(jié)論：樣品表面溫度同激光功率、掃描速度和光斑大小間存在近線性的關(guān)系。樣品表面溫度隨激光功率的增加而線性升高；隨掃描速度增大而降低：隨光斑半徑的增大而降低。激光熱源在樣品上形成了水滴狀加熱區(qū)域，并得到了相應(yīng)的

3、溫度場分布情況。 單道掃描激光晶化結(jié)果表明：僅降低掃描速度時，隨掃描速度降低二氧化鈦晶型由銳鈦礦轉(zhuǎn)變?yōu)殇J鈦礦和金紅石的混晶結(jié)構(gòu)，金紅石的含量逐漸增大，且薄膜晶粒的平均粒徑逐漸增大；膜基體系的抗載荷能力、硬度和模量隨之逐漸增大且均高于原始非晶態(tài)薄膜，通過模量曲線可以定性推測二氧化鈦薄膜試樣具有較好的變形協(xié)調(diào)性和界面結(jié)合強(qiáng)度；薄膜的摩擦系數(shù)隨之降低，磨痕寬度隨之減小，并且晶化后薄膜的耐磨性優(yōu)于原始非晶態(tài)薄膜。分別僅改變離焦量和激光功