藍(lán)寶石單晶表面生長(zhǎng)增強(qiáng)用鎂鋁尖晶石薄膜研究.pdf

1、藍(lán)寶石單晶具有優(yōu)異的光學(xué)、機(jī)械及熱學(xué)綜合性能，是目前3-5μm中波紅外光學(xué)窗口的優(yōu)選材料，但溫度升高時(shí)，藍(lán)寶石的強(qiáng)度急劇下降，影響其在高馬赫數(shù)導(dǎo)彈上的使用。在藍(lán)寶石表面生長(zhǎng)鎂鋁尖晶石薄膜，并通過(guò)高溫?cái)U(kuò)散及淬火工藝在藍(lán)寶石基體析出納米顆粒增強(qiáng)成為使其滿足高速、高溫下使用要求的有效途徑。鎂鋁尖晶石薄膜具有優(yōu)良的物理、化學(xué)性能，又具有類似藍(lán)寶石晶體、石英玻璃的光學(xué)性能，在紫外到紅外光波段(0.2-6.5μm)具有良好的透光性，并且spinel

2、結(jié)構(gòu)在Al2O3基板上有其特殊的反應(yīng)機(jī)制，所有這些特性使得鎂鋁尖晶石薄膜非常適合用來(lái)提高藍(lán)寶石高溫強(qiáng)度。目前國(guó)內(nèi)外采用鎂離子摻雜及離子注入的方式增強(qiáng)藍(lán)寶石晶體已有研究，但是對(duì)納米鎂鋁尖晶石顆粒增強(qiáng)這方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本文旨在對(duì)擴(kuò)散源Mg-Al spinel薄膜的制備工藝、組織結(jié)構(gòu)以及淬火析出鎂鋁尖晶石納米顆粒進(jìn)行研究。通過(guò)不斷實(shí)驗(yàn)優(yōu)化出了溶膠凝膠法制備MgO薄膜和磁控濺射法制備Mg薄膜的工藝參數(shù)。對(duì)溶膠凝膠法制備MgO薄膜進(jìn)行XRD

3、、XPS和SEM分析，結(jié)果表明800℃以下熱處理后，制備的MgO薄膜仍為非晶態(tài)，且MgO薄膜比較致密均勻的分布在藍(lán)寶石單晶表面上。對(duì)磁控濺射法制備的Mg薄膜進(jìn)行XRD和SEM分析，結(jié)果表明Mg薄膜在沉積過(guò)程有高度的取向性。鍍MgO薄膜和Mg薄膜的樣品經(jīng)過(guò)退火工藝后，一般規(guī)律是在藍(lán)寶石單晶表面形成的是外延的單晶MgAl2O4薄膜，在spinel表面形成了具有規(guī)則性的正三角形的層狀紋路。鍍Mg薄膜的樣品經(jīng)過(guò)淬火工藝后，在藍(lán)寶石基體析出了彌散