真空科学与技术的一些前沿课题(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)东北大学机械工程与自动化学院 作者:徐成海
  真空产品生产厂家、真空行业的科技工作者每时每刻都应该掌握自己工作领域内最近、最新的学术动态,研究自己工作范围内的前沿课题,以便给自己定位,确定自己的对策,找出自己前进的方向,积极参加市场竞争,不断改革创新,才能立于不败之地。尤其是我国加入WTO之后,真空科技工作者的目光应该更远大,获取科技信息就显得更为重要,它是企业存在的保障,是科技工作者的生命线。

1、真空泵

  真空泵的种类很多,可按下表进行分类。

  真空泵的前沿课题主要有:①号称21世纪绿色真空泵的各种无油泵(干泵)的研制;②喷射泵、扩散泵的理论研究与设计计算;③探索创新泵的工作原理,研制新型泵。

2、真空计量

  真空计量目前研究的主要内容有:

  ①真空度(全压力)测量与校准;
  ②真空质谱分析,分压力的测量与校准;
  ③气体微流量(漏率)的测量与校准;
  ④材料放气率的测量;
  ⑤真空泵抽速测量。

真空计量研究的前沿课题可归纳为:

  ①研究非平衡态分子流理论,非平衡态分子流校准系统,超音速分子流校准系统,为空间真空测量和校准解决难题;
  ②研究微小漏气率测量、校准技术;
  ③研究解决极高真空的测量、校准问题,寻找新的测量理论;
  ④研究材料微量放气率测量与放气成分分析技术
  ⑤研究解决扩散泵返油率的测量问题,寻找新的测量方法。

3、真空镀膜

  真空镀膜是真空科学技术领域中最活跃的一门应用技术,它涉及到镀膜设备、工艺、膜材、靶材等诸多方面,薄膜的种类很多,这里只能简单论述其中的一部分。

3.1、硬质薄膜

  自然界中金刚石最硬,立方氮化硼第二,碳化硼第三。

  ①金刚石膜(CVD法生产): 热丝CVD法金刚石膜沉积速率可达 2.5μm/h,HV40~50GPa;
  ②B4C 碳化硼:用磁控溅射法生产,高温热稳定性好,1100℃以上,它是最硬材料,HV50.4gPa;
  ③复合膜:TiN-第1代;TiCN、TiAlN--第二代; 第三代是多组元复合膜和多层膜体系;TiN/TiCN、TiN/NbN、TiN/TiAlN、TiN/CrN、TaN/NbN(氮化钽/氮化铌),HV55.6GPa,发展成多层纳米梯度膜- TiAl、TiAl1、TiAl2、ZrN(氮化锆)。发展方向:提高膜的韧性、耐磨性、耐热性、耐蚀性。

3.2、金刚石涂层刀具

  研究方向:①提高金刚石涂层与基体之间附着力,设计中间过渡层,开发多涂层刀具; ②增大沉积面积,提高生长速率; ③研究PVD法金刚石涂层理论和工艺。

3.3、光、电、 磁各种功能膜

  这些功能膜种类繁多,性能各异,这里仅举部分例证。

  ①发光薄膜:Y2O3:Eu(尿素D溶液法)Eu(射频溅射法);
  ②冷光膜- 可见光区高反射,红外光区高透射,实现冷光照射,达到保护被照物目的;
  ③有机光电薄膜:金属酞菁膜:CuPc-PbPc;CuPc/ZnS; 酞菁氧钛具有极高光敏系数;
  ④光电功能复合膜- Ag-Au-SiO2,Ag-BaO,Ag-SiO2,Ag-MgF2,其中Ag-MgF2纳米金属陶瓷薄膜具有光吸收特性,Ag-BaO具有光电发射特性;
  ⑤透明导电膜:ITO(In2O3:Sn),ZAO(ZnO:Al),IMO(In2O3:Mo);
  ⑥光致变色薄膜:18烷基取代螺吡喃薄膜(SP-18),在紫外光照下变色,在可见光照下恢复无色,可用于光信息存储、光控开关等;
  ⑦磁光记录薄膜:PbFeCo(铅铁钴);
  ⑧超大规模集成电路(VLSI): 在Si基片上溅射Cu或Al,实现多层布线;
  ⑨半导体膜:SiC、ZnO;
  ⑩其它光电磁等特性功能膜:

  LiF、CaF2用于平面型场发射显示器;
  Fe/Cr多层膜有巨磁电阻(GMR) ;
  Fe=SiO2膜具有隧道磁电阻效应(TMR);
  TiO2膜具有优良的介电、压电、气敏和光催化功能;
  Cu-SCN-Al(有机络和物)有极性记忆效应;
  三乙胺- 四氰-P-醌二甲烷(TEA(TCNQ)2)单晶是一种可以用来进行高密度信息存储的有机复合材料;
  YBCO属高温超导(HTS)膜。

3.4、装饰膜

  研究方向:①对薄膜材料的研究正向复合化、 多种类、高性能、新工艺方向发展②研究复合膜的设计、性能检测、制备方法; ③研究薄膜应力( 牢固度) ;④研究大面积靶材制作技术,提高靶材利用率。

3.5、前沿课题

  ①发现具有新特性的新的膜层材料;

  ②设计具有特殊功能的新的膜系(复合膜);

  ③发展高科技产业,例如集成电路产业,信息存储产业,平面显示器产业,包括液晶显示器(LCD),等离子体显示器(PDP), 场致发射显示器(EL);

  ④深入膜层结构与特性关系等理论研究。

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