具有優(yōu)良隔熱和力學(xué)性能的低熱導(dǎo)率W/Al2O3納米多層功能膜的構(gòu)建

摘要：本研究以高純W與Al2O3為靶材,在常溫下采用磁控濺射法在鈉鈣硅玻璃表面交替鍍制了W及Al2O3納米多層膜。在多層膜總厚度相同的條件下,研究了不同W/Al2O3周期厚度對(duì)隔熱性能的影響。采用臺(tái)階儀、掃描電鏡(SEM)、X射線衍射儀(XRD)、場(chǎng)發(fā)射透射電鏡(TEM)等對(duì)多層膜的形貌及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。采用瞬態(tài)熱反射法(TTR)、納米壓痕儀分別分析了多層膜的隔熱性能和力學(xué)性能。結(jié)果表明,實(shí)驗(yàn)沉積的多層膜中各單層均勻連續(xù),不存在斷層現(xiàn)象,且層間界面清晰。Al2O3膜層呈非晶形態(tài),W膜層具有亞穩(wěn)態(tài)β-W(210)的擇優(yōu)取向,并在周期厚度為5 nm時(shí)呈現(xiàn)明顯的非晶態(tài)。隨著膜層界面密度的增大,多層膜的熱阻增大,熱導(dǎo)率減小,硬度增大。周期厚度為5 nm、膜層數(shù)為41層的W/Al2O3多層膜具有較為優(yōu)異的隔熱性能與力學(xué)性能,其熱阻為3.14×10^-7 m^2·K·W^-1,有效熱導(dǎo)率為0.36 W·m^-1·K^-1,硬度為8.53 GPa,膜/基結(jié)合力為42.20 mN。所制備的多層膜在室溫到500℃之間具有良好的熱穩(wěn)定性。