课程设计论文.doc
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1、 2 材料分析测试方法 课程设计(论文) 题目: 以Zr为中间层的类石墨梯度镀层微观结构 分析 学院材料科学与工程 专业材料科学 班级材料105 学生刘涛 学号3100101129 指导教师陈迪春 起止时间2013.01.0401.08 10 级材料分析测试方法课程设计 17 2012 年 秋季 学期 材料分析测试方法材料分析测试方法课程设计任务书 材料科学与工程系 材料科学专业 材料105班 第2组刘涛 课程设计题目:以Zr为中间层的类石墨梯度镀层微观结构分析 课程设计内容要求: 1.针对材料分析测试课题,选择适合的测试方法、实验仪器、实验参数和 试样制备方法等,设计出一套切实可行的实验方案
2、和实验步骤,并说明选择 依据和测试注意事项,运用所学的知识对实验方案进行深入分析讨论。 2.结合实验室条件,制备满足分析测试要求的样品,并上机进行实验测定, 分析处理实验数据,对实验结果进行分析讨论。 3.完成四千字以上课程设计论文一篇,论文包括前言、实验方法、实验结 果、结论、参考文献等项内容。 4.设计要求图文规范,严格按照学校要求的课程设计论文格式打印。 学生(签名)刘涛 2013年01月04日 10 级材料分析测试方法课程设计 18 材料分析测试方法材料分析测试方法课程设计评语 指导教师(签名) 年 月 日 材料分析测试方法课程设计(论文) 2 目 录 第一章第一章前前 言言 .5 1
3、.1 简介 .5 1.2 透射电子显微镜(TEM)的原理.5 1.3 电子衍射仪(SAD)的原理 .6 1.4 X 射线光电子能谱仪(XPS)的原理6 1.5 原子力显微镜(AFM)的原理6 第二章第二章 实验方法实验方法 .7 2.1 实验材料.7 2.2 实验设备.8 2.3 实验方法与步骤.8 2.3.1 试样制备.8 2.3.2 微观组织分析仪器.9 2.3.3 物相分析仪器.9 2.3.4 成分分析仪器.9 2.3.5 表面形貌分析仪器.10 第三章第三章 实验结果与分析实验结果与分析 .11 3.1 微观组织分析.11 3.2 物相分析.12 3.3 成分分析.16 3.4 表面形
4、貌分析.18 第四章第四章 结结 论论 .20 参考文献参考文献 .21 附附 录录 .22 第三章 实验结果与分析 18 第一章第一章 前前 言言 1.1 简介简介 由以往的研究表明,在石墨镀层中添加异质元素以后得到的以异质元 素为中间层的类石墨梯度镀层材料的性能比纯石墨涂层的性能更好。加入 异质元素对材料的硬度元素成键规律等均有影响,可以显著改善镀层的结 构和性能,并改善其在特定环境下的物理化学特性。 以 Cr 为中间层的类石墨梯度镀层材料有明显的柱状生长取向,通过其 截面形貌可以明显看出。这与相应过渡层疏松的柱状结构有关,薄膜在柱 状过渡层表面的生长产生了择优取向,使其沿着原有的柱状结构
5、顶部继续 以垂直于基底表面的方向生长。膜中普遍存在的柱状生长间隙也使膜层变 得疏松粗糙,从而在相应的表面形态上呈现出鳞片状结构。 通过研究以 Cr 为中间层的类石墨梯度镀层的微观结构,进一步明确在 石墨镀层中添加异质元素 Cr 以后的得到的材料的微观组织、物相、成分的 特点,对后续研究提供相关的依据。 1.2 透射电子显微镜(透射电子显微镜(TEM)的原理)的原理 透射电镜的总体工作原理是:由电子枪发射出来的电子束,在真空 通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜,通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明 亮而又均匀的光斑,照射在样品室内的样品上;透过样品后的电子束携 带有样品内部的结构信息,样品内致密处透过的电
6、子量少,稀疏处透过 的电子量多;经过物镜的会聚调焦和初级放大后,电子束进入下级的中 间透镜和第 1、第 2 投影镜进行综合放大成像,最终被放大了的电子影 像投射在观察室内的荧光屏板上;荧光屏将电子影像转化为可见光影像 以供使用者观察。 10 级材料分析测试方法课程设计 17 1.3 电子衍射仪(电子衍射仪(SAD)的原理)的原理 电子衍射的原理和 X 射线衍射相似,是以满足或基本满足布拉格方程 作为产生衍射的必要条件。多晶体的电子衍射花样是一系列不同半径的同 心圆环,单晶衍射花样由排列得十分整齐的许多斑点组成。而非晶态物质 的衍射花样只有一个散漫的中心斑点。 1.4 X 射线光电子能谱仪(射线
7、光电子能谱仪(XPS)的原理)的原理 X 射线光子的能量在 10001500ev 之间,不仅可使分子的价电子 电离而且也可以把内层电子激发出来,内层电子的能级受分子环境的影 响很小。 同一原子的内层电子结合能在不同分子中相差很大,故它是特 征的。光子入射到固体表面激发出光电子,利用能量分析器对光电子进 行分析的实验技术称为光电子能谱。 1.5 原子力显微镜(原子力显微镜(AFM)的原理)的原理 原子力显微镜,一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构 的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微 弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。将一对微弱力极端 敏感的微
8、悬臂一端固定,另一端的微小针尖接近样品,这时它将与其相互 作用,作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时, 利用传感器检测这些变化,就可获得作用力分布信息,从而以纳米级分辨 率获得表面结构信息。 第三章 实验结果与分析 18 第二章第二章 实验方法实验方法 2.1 实验材料实验材料 选用单晶硅为基体,通过磁控溅射镀层。过程如下: 将纯 Cr 靶材与石墨靶材相邻间隔安装于圆形真空腔室侧壁,靶基距固 定为 120mm,选取高纯 Ar 气作为溅射气体并于本底真空度为 3.510-3Pa 时通入流量为 20cm/min 的 Ar 气,基体由工件夹固定于样品架上并进行 5r/min 的自
9、传运动,分别通过调整施加于各靶材上的靶电流和样品架上的 脉冲偏压值顺序进行了由纯铬层、Cr/C 纳米梯度层(过渡层) 、Cr/C 复合 层(工作层)组成的掺铬类石墨镀层的制备。 含 Cr 类石墨层 Cr-C 过渡层 Cr 中间层 基体 样品结构图 10 级材料分析测试方法课程设计 17 图 2-1 磁控溅射原理示意图 2.2 实验设备实验设备 X 射线光电子能谱仪(XPS) 型号:AXIS ULTRA 生产厂家:英国 KRATOS 原子力显微镜(AFM) 型号: 生产厂家: 透射电子显微镜(STM) 型号:JEM-3010 生产厂家:日本电子 电子衍射仪 扫描探针显微镜以及样品制备设备 2.3
10、 实验方法与步骤实验方法与步骤 2.3.1 试样制备试样制备 1.灯下观察玻璃片,找出有膜的一面,在无膜的那一面用红色白板笔涂 一色,便于在后面的加工中容易找出膜面。 第三章 实验结果与分析 18 2.在整块截取几块 2mm 见方的玻璃片,注意不要弄伤膜面。选取几对 大小一致的玻璃片。先取一对,将两块玻璃有膜面用离子减薄专用胶粘在 一块,然后将粘好的玻璃夹在试样台上放在电热板上烘烤 30 分钟左右。 3.取下样品,用热固性胶粘在样品平台上,然后在砂纸打磨,磨出一较 平截面。 4.然后取一铜环并且用丙酮洗净,用树脂胶将其粘在摸平的截面上,再 放在电热板上烘烤 30 分钟。 5.取下试样,将试样翻
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