反應燒結碳化硅基底致密層制備及性能研究.pdf

1、應燒結碳化硅是一種綜合性能優(yōu)良的反射鏡材料，它由兩種硬度不同的材料組成，普通的機械加工方式不能或很難使其表面光潔度達到很高的水平。本研究采用在其表面沉積致密層的方法來提高表面光潔度。
　　為降低實驗成本，提高研究針對性，在進行致密層沉積之前，首先使用計算機模擬的方法對致密層沉積參數(shù)對其性能的影響進行了分析（包括使用蒙特卡羅法模擬致密層的沉積過程、分子動力學方法計算致密層與襯底之間的相互作用能、有限元分析方法分析致密層-襯底系統(tǒng)的應

2、力狀態(tài)），然后根據(jù)模擬分析結果進行了致密層的沉積，并對其性能進行了研究。
　　根據(jù)沉積過程模擬結果可知，在高溫下沉積所得致密層與襯底之間的結合狀況及其致密度得以改善。另外，分子動力學的計算結果顯示：隨著沉積溫度的升高，致密層與襯底之間的相互作用能也隨之升高。然而，有限元分析結果顯示，致密層-襯底系統(tǒng)中熱應力隨沉積溫度升高而升高，且與溫度差成正比-這將對系統(tǒng)的穩(wěn)定性產生不利影響。同時，在對不同溫度下制備的致密層進行致密層-襯底的斷面

3、進行觀察時發(fā)現(xiàn)，沉積溫度對磁控濺射法制備的硅致密層與襯底之間的結合情況影響并不明顯。據(jù)此，本研究最終選擇硅致密層的沉積溫度為200℃，盡可能降低了致密層-襯底系統(tǒng)中的應力水平。
　　另外，從沉積過程模擬結果來看，隨著襯底表面粗糙度的升高，襯底與致密層之間的結合情況、致密層的致密度變差。因此在沉積致密層之前，需要將襯底表面粗糙度降低到所能達到的最低程度。不同表面粗糙度的襯底上制備的致密層的研究顯示：在粗糙襯底表面上制備的致密層具有較

4、高的應力水平，部分致密層在自然放置的條件下便出現(xiàn)自然脫落的現(xiàn)象。根據(jù)理論分析結果，在本文中選用在低粗糙度的襯底上制備硅致密層。
　　本文還研究了致密層厚度對致密層-襯底系統(tǒng)中應力屬性的影響。根據(jù)有限元的分析結果可知，隨著致密層厚度的增加，致密層中應力水平隨之降低，但降低的速率隨著厚度的增加而減小。分析結果與文獻結果相符。實驗結果也表明，在各種測試中，厚度為12μm的致密層都表現(xiàn)出較高的綜合性能。
　　致密層的結構對其加工后得

5、到的表面粗糙度有一定影響。非晶硅含量越高，所得致密層拋光后表面粗糙度越低。通過分子動力學研究發(fā)現(xiàn)，在200℃時沉積的硅致密層具有最高的非晶硅含量，而其他試驗溫度下制備的硅致密層中非晶硅的含量均低于此值。對致密層表面進行拋光后發(fā)現(xiàn)，200℃下制備的硅致密層的表面粗糙度值最低。
　　本文還對由電子束物理氣相沉積法、離子束增強化學氣相沉積法制備的硅致密層和化學氣相沉積法制備的碳化硅致密層的性能進行了測試，并與由磁控濺射法制備的硅致密層的