1 山东硅纳新材料科技有限公司, 淄博 255400
2 山东理工大学工程陶瓷研究院, 淄博 255030
3 山东工业陶瓷研究设计院有限公司, 淄博 255035
针对高熵碳化物制备困难, 本文采用ZrC、HfC、NbC和TaC粉为原料, Ni粉为熔剂,通过低温无压烧结工艺成功制备出三种不同成分的高熵(Zr,Hf,Nb,Ta)C粉体。结果表明, 三种粉体均为微米长方体, 且暴露(100)晶面。(Zr1/4Hf1/4Nb1/4Ta1/4)C微米长方体因具有高介电常数而展现出优异的吸波性能, 在厚度为3.5 mm、频率为6.16 GHz时, 最低反射损耗值可达-48.86 dB。高熵(Zr,Hf,Nb,Ta)C微米长方体在800~1 200 ℃下展示出优异的抗氧化性, 且氧化产物均由正交相(NbxTa1-x)2O5固溶体、单斜相(ZrxHf1-x)O2固溶体和正交相HfO2所组成, 与氧化温度和过渡金属的物质的量比无关。Zr、Hf、Nb和Ta的协同作用导致其氧化机制与单组元碳化物截然不同, Hf的存在抑制Nb2O5由正交晶系向单斜晶系转变, 还会促使ZrO2在800 ℃时由四方晶系转变为单斜晶系。此外, Nb和Ta的存在促使HfO2在常压下由单斜晶系转变为四方晶系。
高熵碳化物陶瓷 微米长方体 吸波性能 抗氧化性 high-entropy carbides ceramics (Zr,Hf,Nb,Ta)C (Zr,Hf,Nb,Ta)C microcuboid microwave absorption property oxidation resistance
本研究理论预测了三元Hf-Ta-C空位有序结构以及空位对力学性质的影响。采用第一性原理进化晶体结构预测软件USPEX, 预测得到了5种热力学稳定和3种亚稳的(Hf, Ta)C1-x空位有序结构, 这些结构都属于岩盐结构。采用第一性原理方法, 计算了(Hf, Ta)C1-x空位有序结构的力学性质, 并分析了力学性质随空位浓度的变化。(Hf, Ta)C1-x都具有较高的体模量、剪切模量、杨氏模量和维氏硬度;各(Hf, Ta)C1-x的Hf/Ta比相同时, 其模量、硬度等随空位浓度增大而减小。最后, 计算了(Hf, Ta)C1-x的电子态密度, 发现其均具有强共价性和弱金属性。本研究结果对于了解Hf-Ta-C体系的空位结构及其力学性质和应用, 具有重要参考价值。
Hf-Ta-C体系 空位有序结构 维氏硬度 第一性原理方法 Hf-Ta-C system vacancy ordered structure Vickers hardness first-principles method 强激光与粒子束
2021, 33(11): 111012
1 吉林大学集成光电子学国家重点联合实验室, 电子科学与工程学院, 吉林 长春 130012
2 吉林省红外气体传感技术工程研究中心, 吉林 长春 130012
采用射频磁控溅射法在蓝宝石衬底上制备了Hf∶ZnO (HZO)薄膜,研究了氧气流速和退火温度对薄膜微观结构和光电性能的影响。为了提高薄膜的结晶性,将制备的薄膜在800 ℃下退火30 min,并自然冷却到室温。测试、分析了退火后薄膜的微观结构和光电性能。研究发现,随着氧气流速从0增加到0.6 mL/min,薄膜的致密度逐渐增大,电阻率逐渐降低,而当氧气流速继续增大到0.8 mL/min时,薄膜的结晶性恶化,电阻率突然升高。氧气流速为0.6 mL/min时制备的薄膜光电性能最佳,利用傅里叶红外光谱仪和霍尔测试仪进行测试,得到薄膜在3~5 μm波段的平均透过率为83.87%,电阻率为1.66×10 -2 Ω·cm,载流子迁移率为13.4 cm 2·V -1·s -1,载流子浓度为2.82×10 19 cm -3。利用X射线衍射仪进行测试,发现薄膜样品具有ZnO的六方纤锌矿结构,并沿(002)方向择优生长,通过扫描电子显微镜可以看到薄膜表面生成致密均匀的球状结构颗粒。这种薄膜可以用作3~5 μm波段的透明窗口。
薄膜 磁控溅射 中红外波段 透明导电薄膜 氧化锌 Hf∶ZnO; 光学学报
2021, 41(20): 2031002
北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 高功率及超快激光先进制造实验室, 北京 100124
采用高功率光纤激光对铜铪合金和低碳钢进行焊接,基于熔池快速凝固保留小孔法对比研究了小孔的形貌特征。结果表明:两种材料中均可保留小孔,孔口直径明显比光斑直径大;在铜铪合金中,孔口形貌呈现为大小圆环相交的“葫芦”状,位于焊接前方的小圆环直径与光斑直径相当,大圆环的直径在毫米量级;在低碳钢中可保留小孔的激光出光时间极短,其熔池凝固时间较长,且仅保留了小孔的大圆环区域。进一步的分析表明,焊接过程中的孔口形貌可分为激光直接作用区(直径与光斑直径相当)和蒸气压力维持区(直径在毫米量级);在数值模拟中构建激光焊接热源模型时应参考小孔的形貌特征。
激光技术 光纤激光 深熔焊接 快速凝固 铜铪合金 小孔 中国激光
2020, 47(11): 1102005
1 上海理工大学 机械工程学院, 上海 200093
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 绵阳 621900
为了提高熔石英元件的抗激光损伤能力, 采用基于氢氟酸刻蚀的湿法化学技术去除元件内的激光损伤诱因。利用不同的氢氟酸溶液处理经氧化铈抛光的熔石英元件, 并对元件的刻蚀速率、表面洁净度、粗糙度、透过率和激光损伤性能进行评价。研究结果表明, 与传统的静态刻蚀相比, 在质量分数为6%的氢氟酸刻蚀溶液中引入能量密度约为0.6 W/cm2的兆声能量对元件的溶解速率和激光损伤性能没有明显的提升作用; 化学刻蚀产生的沉积物对元件表面粗糙度和透过率均有不利影响, 且沉积物比例与所用的刻蚀液成分和浓度密切相关; 经质量分数6%或12%的纯氢氟酸溶液刻蚀(5±1) μm深度后, 熔石英元件的激光损伤阈值相比于未刻蚀元件提升了约1.9倍; 熔石英元件的激光损伤性能与表面粗糙度和透过率之间不是简单的线性关系, 但激光损伤阈值较理想的元件(＞20 J/cm2@3ns)往往具有较光滑的表面, 即表面粗糙度＜2 nm, 由此可以确定有利于熔石英元件激光损伤性能的刻蚀条件, 并获得元件表面粗糙度的控制指标。
激光损伤性能 熔石英 氢氟酸湿法刻蚀 刻蚀沉积物 表面粗糙度 laser damage performance fused silica optics HF-based etching etching-induced deposits roughness
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
为实现电激励重频HF激光远距离传输，在较短的谐振腔内产生大模体积的高质量激光束，开展了激光器正支虚共焦非稳腔的结构设计、仿真计算和实验研究。仿真结果表明，随着放大率M的增大，远场光斑中心亮斑包含的能量逐渐增大，能量向中心转移，远场光斑尺寸和远场发散角也随放大率M增大而减小。实验结果表明: 随着放大率M的增大，远场光强分布、光斑尺寸和发散角变化规律与仿真结果一致，但输出激光能量以先增大后降低的规律变化。综合考虑高光束质量和高能量的指标要求，在流场正常工作情况下，当放大率M为3.0时，获得了远场发散角为2.37倍衍射极限和激光能量稍低于稳定腔(约为稳定腔激光能量的94.6%)的重频激光输出，满足激光远距离传输需求。
电激励重频HF激光器 非稳腔 流场 光束质量 discharge initiated repetitive-pulsed HF laser unstable resonant cavity flow field beam quality 红外与激光工程
2019, 48(10): 1005002
西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
为了获得稳定的、大能量重频中红外HF激光输出, 基于紧凑型、闭环放电引发非链式HF中红外化学激光器, 从能量影响因素、解决措施和实验验证三个方面系统性地研究了100 Hz重频HF激光的能量稳定性。首先结合非链式HF化学激光动力学过程和静态重频实验, 分析发现了影响重频放电引发非链式HF化学激光器脉冲能量稳定性的三个主要因素, 包括均匀体放电难以维持、基态HF分子强的消激发效应和工作气体的持续消耗。然后利用工作气体循环流动置换增益区气体, 当增益区气体流速为9 m/s时激光器100 Hz重频运行的放电状态维持良好, 获得100 Hz/ 55 W的激光输出。最后, 采用分子筛吸附分离基态HF分子纯净工作气体以及实时补给工作气体, 提升了重频HF激光器长时间运行的能量稳定性。实验结果表明：100 Hz重频放电引发非链式HF激光器获得了30 s的长时间稳定输出, 激光能量下降率可优于10%。综合工作气体循环流动、分子筛吸附基态HF分子和工作气体实时补给, 放电引发非链式HF激光器实现了高重频长时间的稳定输出。
中红外激光 化学激光 HF激光 放电引发 能量稳定性 mid-infrared laser chemical laser HF laser discharge initiation energy stability
西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室, 陕西 西安 710024
为了获得高重复频率高功率中红外氟化氢(HF)激光输出,采用自动紫外预电离和对称Chang氏电极结构,制备了闭环的非链式重复频率HF激光器,并对其进行了详细介绍。实验研究了激光器的输出特性和重复频率运行特性,获得了激光能量随重复频率的变化规律。在增益区气体流速为16 m/s,工作电压为25 kV,总气体压强为8.5 kPa、物质的量分数分别为92%和8%的SF6和C2H6混合气体条件下,实现了重复频率为150 Hz、平均功率为200 W的HF激光输出。
激光器 中红外激光 化学激光 非链式HF激光 放电引发 紫外预电离
