金属学报  2014, Vol. 50 Issue (8): 937-943    DOI: 10.11900/0412.1961.2013.00821

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自支撑Ti/Al纳米多层膜激光诱发自蔓延行为*

安荣1,2(), 田艳红1,2, 孔令超2, 王春青1,2, 常帅2

1 哈尔滨工业大学微系统与微结构制造教育部重点实验室, 哈尔滨150080 2 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室, 哈尔滨150001

LASER-IGNITED SELF-PROPAGATING BEHAVIOR OF SELF-SUPPORTING NANO-SCALED Ti/Al MULTILAYER FILMS

AN Rong1,2(), TIAN Yanhong1,2, KONG Lingchao2, WANG Chunqing1,2, CHANG Shuai2

1 Key Laboratory of Micro-Systems and Micro-Structures Manufacturing, Ministry of Education, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080 2 State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001

安荣, 田艳红, 孔令超, 王春青, 常帅. 自支撑Ti/Al纳米多层膜激光诱发自蔓延行为^*[J]. 金属学报, 2014, 50(8): 937-943.
Rong AN, Yanhong TIAN, Lingchao KONG, Chunqing WANG, Shuai CHANG. LASER-IGNITED SELF-PROPAGATING BEHAVIOR OF SELF-SUPPORTING NANO-SCALED Ti/Al MULTILAYER FILMS[J]. Acta Metall Sin, 2014, 50(8): 937-943.

摘要 图/表 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(2149 KB)   HTML 关键词 ： 纳米多层膜,  自支撑,  自蔓延,  调制结构,  脉冲激光     Abstract： 通过磁控溅射法并借助有机高分子牺牲层, 制备了具有不同调制结构的自支撑Ti/Al (调制比为1)纳米多层膜. 采用脉冲激光诱发了纳米多层膜的自蔓延反应, 确定了临界诱发能量密度. 利用高速摄影法表征了自蔓延速度, 采用SEM和TEM观察了纳米多层膜结构, 利用差热分析仪和XRD分析了反应过程及产物. 结果表明, 纳米多层膜激光诱发临界能量密度(6~17 J/cm2)高于烧蚀临界能量密度. 调制周期或周期数较小的纳米多层膜激光诱发所需的能量密度较小且自蔓延速度较高. 但当调制周期接近或小于层间原子互溶区厚度时, 临界能量密度和自蔓延速度的变化则有相反趋势. 对于一定厚度的纳米多层膜, 具有大调制周期和小周期数的调制结构对应的放热量大. 随激光脉冲持续时间的延长, Ti/Al纳米多层膜的激光临界诱发能量密度呈现递减趋势, 但最终趋于稳定. 激光诱发Ti/Al纳米多层膜自蔓延反应生成单一的TiAl金属间化合物. Key words： nano-scaled multilayer film    self-supporting    self-propagation    modulation structure    pulsed laser 收稿日期: 2013-12-17      ZTFLH:  TG42   基金资助:*国家自然科学基金项目51005055和中央高校基本科研业务费专项资金项目HIT.NSRIF.2015066资助 作者简介: null 安荣, 男, 1980年生, 讲师, 博士 服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 安荣 田艳红 孔令超 王春青 常帅 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/10.11900/0412.1961.2013.00821      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2014/V50/I8/937 图1  Ti/Al多层膜截面微观结构 图2  激光诱发Ti/Al多层膜自蔓延燃烧过程高速摄影截图 图3  自蔓延反应后Ti/Al多层膜的XRD谱 图4  激光诱发自蔓延反应后Ti/Al多层膜表面结构的SEM像 图5  调制周期对激光临界诱发能量密度和自蔓延速度的影响 图6  Ti/Al多层膜激光烧蚀斑点的SEM像 图7  调制周期数对激光临界诱发能量密度和自蔓延速度的影响 图8  总厚度相同但调制结构不同的2种多层膜的DSC曲线 [1] W J, Bian Y J, Zhang X N, Zhang D, Fang P W, Wu R J. Acta Metall Sin, 1999; 35: 536 [1] (吕维洁, 卞玉君, 张小农, 张 荻, 方平伟, 吴人洁. 金属学报, 1999; 35: 536) [2] W J, Bian Y J. Acta Metall Sin, 2000; 36: 104 [2] (吕维洁, 卞玉君. 金属学报, 2000; 36: 104) [3] Wang W M, Fu Z Y, Yuan R Z. Acta Metall Sin, 1994; 30: 476 [3] (王为民, 傅正义, 袁润章. 金属学报, 1994; 30: 476) [4] Wang X C, Chai H F, Wang X T. Acta Metall Sin, 1995; 31: 300 [4] (王学成, 柴惠芬, 王笑天. 金属学报, 1995; 31: 300) [5] Fu Z Y, Yuan R Z, Munir Z A. Acta Metall Sin, 1993; 29: 92 [5] (傅正义, 袁润章, Munir Z A. 金属学报, 1993; 29: 92) [6] Suryanarayana C, Moore J J, Radtke R P. Adv Mater Processes, 2001; 159: 29 [7] Wang J, Besnoin E, Duckham A, Spey S J, Reiss M E, Knio O M, Powers M, Whitener M, Weihs T P. Appl Phys Lett, 2003; 83: 3987 [8] Ma E, Thompson C V, Clevenger L A, Tu K N. Appl Phys Lett, 1990; 57: 1262 [9] Reiss M E, Esber C M, Heerden D V, Gavens A J, Williams M E, Weihs T P. Mater Sci Eng, 1999; A261: 217 [10] Rogachev A S, Grigoryan A E, Illarionova E V, Kanel I G, Merzhanov A G, Nosyrev A N, Sachkova N V, Khvesyuk V I, Tsygankov P A. Combust Explos Shock Waves, 2004; 40: 166 [11] Gachon J C, Rogachev A S, Grigoryan H E, Illarionova E V, Kuntz J J, Kovalev D Y, Nosyrev A N, Sachkova N V, Tsygankov P A. Acta Mater, 2005; 53: 1225 [12] Peruško D, Petrović S, Kovač J, Stojanović Z, Panjan M, Obradović M, Milosavljević M. J Mater Sci, 2012; 47: 4488 [13] Petrović S M, Peruško D, Salatić B, Bogdanović-Radović I, Panjan P, Gaković B, Pantelić D, Trtica M, Jelenković B. Opt Laser Technol, 2013; 54: 22 [14] Atzmon M. Metall Mater Trans, 1992; 23A: 49 [15] Morris C J, Mary B, Zakar E, Barron S, Fritz G, Knio O, Weihs T P, Hodgin R, Wilkins P, May C. J Phys Chem Solids, 2010; 71: 84 [16] Wang C, Gao L, Li G, Wang Y, Xia Y, Bysakh S, Dong C. J Mater Sci, 2003; 38: 1377 [17] Picard Y N, Adams D P, Palmer J A, Yalisove S M. Appl Phys Lett, 2006; 88: 144102 [18] Picard Y N, McDonald J P, Friedmann T A, Yalisove S M, Adams D P. Appl Phys Lett, 2008; 93: 104104 [19] Wang J, Besnoin E, Knio O M, Weihs T P. Acta Mater, 2004; 52: 5265 [20] Wang J, Besnoin E, Knio O M, Weihs T P. J Appl Phys, 2005; 97: 114307 [21] Furusawa K, Takahashi K, Kumagai H, Midorikawa K, Obara M. Appl Phys, 1999; 69A: 359 [22] Haynes W M. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 93th Ed., Boca Raton: CRC, 2012: 12 [23] Armstrong R. Combust Sci Technol, 1990; 71: 155 [24] Mann A B, Gavens A J, Reiss M E, Heerden D V, Bao G, Weihs T P. J Appl Phys, 1997; 82: 1178 [25] Adams D P, Rodriguez M A, Tigges C, Kotula P. J Mater Res, 2006; 21: 3168 [1] 王尧,朱晓莹,刘贵民,杜军. Cu/Ni和Cu/Nb纳米多层膜的应变率敏感性[J]. 金属学报, 2017, 53(2): 183-191. [2] 张欣 张金钰 刘刚 张国君 孙军. Cu/Nb纳米金属多层膜延性及断裂行为的尺寸效应[J]. 金属学报, 2011, 47(2): 246-250. [3] 张金钰 张欣 牛佳佳 刘刚 张国君 孙军. Cu/X(X=Cr, Nb)纳米多层膜力/电学性能的尺度依赖性[J]. 金属学报, 2011, 47(10): 1348-1354. [4] 边为民 朱溢眉 周 廉. Bi系高温超导体中非公度调制结构相的空间群测定[J]. 金属学报, 2009, 45(6): 673-679. [5] 曹为民; 陈浩; 石新红; 朱律均; 姬学彬; 张磊 ; 印仁和 . Co/Pd纳米多层膜的制备及其磁性能[J]. 金属学报, 2008, 44(4): 445-450 . [6] 刘明霞; 张建民; 徐可为 . Ni/Al纳米多层膜的界面扩散与电阻率[J]. 金属学报, 2008, 44(3): 357-360 . [7] 黄碧龙; 吴昕蔚; 孔明; 李戈扬 . 反应磁控溅射 TiN/AlON纳米多层膜的微结构与显微硬度[J]. 金属学报, 2008, 44(2): 193-197 . [8] 陈厚文; 王蓉 . 离子减薄后NiAl3合金相中调制结构的高分辨电子显微学研究[J]. 金属学报, 2008, 44(10): 1153-1156 . [9] 张耀; 钟志源; 朱敏 . 脉冲激光沉积制备的HT-LiCoO2薄膜中Li离子表观扩散的研究[J]. 金属学报, 2007, 43(8): 818-822 . [10] 赵文济; 孔明; 乌晓燕; 李戈扬 . TiN/Si3N4纳米多层膜硬度对Si3N4层厚敏感性的研究[J]. 金属学报, 2007, 43(2): 154-158 . [11] 童文辉; 杨院生; 朱仕学; 惠希东; 陈晓明; 于力 ; 胡壮麒 . 激光熔凝过程中金属薄膜瞬态电阻的测量[J]. 金属学报, 2001, 37(11): 1213-1216 . [12] 武晓雷; 洪友士 . 脉冲激光辐照ZrO2涂层的18—8不锈钢快产组织与精细结构[J]. 金属学报, 2000, 36(3): 239-242 . [13] 武晓雷; 洪友士 . 脉冲激光合金化形成含非晶相表层的微观组织[J]. 金属学报, 2000, 36(10): 1041-1044 . [14] 刘长松; 刘永合 . 火焰喷涂合成TiC—Fe涂层的热力学分析[J]. 金属学报, 2000, 36(1): 62-66 . [15] 严新炎;张树格;孙国雄. Ni_3Si体系的螺旋燃烧[J]. 金属学报, 1995, 31(13): 15-20. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed