《陶瓷和鋁的超常潤濕及熱浸鍍鋁工藝研究》是依託清華大學，由寧曉山擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：陶瓷和鋁的超常潤濕及熱浸鍍鋁工藝研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：寧曉山
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
氧化鋁陶瓷和鋁的接觸角已有許多研究。在鋁的工藝上重要的700℃～1000 ℃區間，接觸角為70～90 。按照成膜理論，由於接觸角大於零，鋁不能以層狀生長方式（FVM）在氧化鋁上形成薄膜。成膜實驗也表明鋁以島狀生長方式（VW）生長在室溫氧化鋁上，而當氧化鋁加熱到鋁的熔點之上（720℃），鋁不再沉積。然而，我們發現將氧化鋁陶瓷浸入700℃～800 ℃的鋁熔液中移動後取出，可以在該陶瓷上形成微米級厚度的均勻鋁膜，顯示氧化鋁和鋁液之間出現超常潤濕（接觸角=0）。潤濕性對複合材料製造及陶瓷/金屬界面的理論研究都極為重要。本項目擬對超常潤濕的影響因素開展研究，測定氧化鋁陶瓷、氮化鋁陶瓷、不同取向氧化鋁單晶的界面分離功；採用高解析度TEM、AFM、ESCA等方法分析連線界面以及浸過鋁的陶瓷表面，闡明超潤濕產生機理及影響因素。並且還擬利用該現象確立陶瓷熱浸鍍鋁工藝，解決陶瓷和鋁的連線難題。
結題摘要
本項目按計畫開展了陶瓷熱浸鍍工藝及鋁和陶瓷的超常潤濕機理研究。研究表明，氣氛中的氧含量對熱浸鍍鋁影響顯著，過高或過低都會造成鋁膜覆蓋率降低，而適當的氧含量與熱浸鍍溫度、熱浸鍍速度以及合金元素有關，但與陶瓷板寬度無關。採用熱浸鍍工藝，適當控制氣氛中的氧含量和溫度，可以在一分鐘之內，在寬度為65mm，長度為135mm的氧化鋁陶瓷板上均勻地鍍上一層厚度約為3微米的鋁膜，證明了該方法的工業價值。熱浸鍍鋁膜和氧化鋁之間不存在特定的外延生長關係，但熱浸鍍鋁後的氧化鋁表面形貌發生顯著變化，表面形成大量的微細錐狀體。HRTEM分析表明氧化鋁單晶表面會在鋁液的作用下，沿著特定面溶蝕、外延生長，界面變成鋸齒狀。已知在熱浸鍍的富鋁缺氧狀態下，氧化鋁表層會從符合化學比的(1 x 1)結構轉變成缺氧的非化學比(√31×√31) R9°結構。而我們的第一性原理計算顯示純淨鋁在(1 x 1)表面層和(√31×√31) R9°表面層上的接觸角分別為94°~96°和37°~40°，鋁液表面氧化後，前者接觸角降低到78°~94°，這與接觸角的實測值基本相等，而後者的接觸角可降低到0°。該計算結果很好的說明了熱浸鍍鋁熱浸鍍過程中氧的作用，闡明了熱浸鍍鋁過程中的超常潤濕現象的產生原因。
