反应性复合薄膜CuO-Al在激光驱动飞片技术中的性能研究

摘要

本文主要针对复合含能薄膜在激光驱动飞片技术中的作用机理，研究了CuO-Al复合薄膜厚度比和调制周期对CuO-Al-Al2O3-Al复合飞片速度的影响以及调制周期对激光诱导CuO-Al复合薄膜等离子体特性的影响。利用真空磁控溅射技术制备了CuO-Al反应性复合薄膜和CuO-Al-Al2O3-Al复合飞片，通过SEM、XRD等检测手段对复合薄膜的结构进行表征，结果表明:随着薄膜厚度的增加，薄膜团聚现象增加，薄膜颗粒尺寸增大;复合薄膜不同材料膜层的分界面清晰可见，具有明显的层状结构。
　　通过DTA对反应性复合薄膜CuO-Al进行热分析，结果表明:CuO薄膜和Al薄膜纳米尺度越小，层界面接触面积越大，第一放热峰放热量越大且在总放热量中的占比越高。
　　运用PDV测速技术测量复合飞片速度，结果表明:在一定激光能量密度范围内，将反应性薄膜CuO-Al作为复合飞片的烧蚀层材料，能显著提高飞片速度;CuO-Al放热量对CuO-Al-Al2O3-Al复合飞片速度有影响，CuO-Al放热量的增加有助于提高飞片速度;在烧蚀层膜厚一定时，采用调制周期较小的反应性复合薄膜作为烧蚀层材料不仅能提高飞片速度，而且有助于提高飞片加速度;复合飞片中Al2O3隔热层存在一个最佳膜厚，增加隔热层膜厚有利于提高飞片速度，但是需要平衡考虑飞片速度和质量。
　　运用原子发射光谱研究激光诱导CuO-Al复合薄膜等离子体特性，结果表明:在一定条件下，CuO-Al复合薄膜等离子体电子温度存在一个最佳激光能量阀值;CuO-Al复合薄膜中Al2O3介面层对反应性复合薄膜等离子体特性具有重要影响。不同调制周期的复合薄膜在等离子体电子温度和电子密度的对比上，存在一个激光脉冲能量分界值，且与延迟时间无关。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．1．1 激光驱动飞片技术

1．1．2 反应性复合薄膜

1．1．3 研究意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 CuO-Al反应性复合薄膜研究概况

1．2．2 复合飞片烧蚀层材料的研究概况

1．2．3 复合飞片隔热层研究概况

1．2．4 激光烧蚀薄膜产生等离子体研究概况

1．3 本文的主要研究内容

2 薄膜制备和表征

2．1 薄膜制备方法

2．1．1 磁控溅射原理

2．1．2 实验设备

2．1．3 靶材与基片处理

2．1．4 镀膜流程

2．1．5 薄膜制备参数

2．2 复合薄膜表征

2．2．1 薄膜XRD分析

2．2．2 薄膜SEM分析

2．2．3 薄膜DTA分析

2．3 小结

3 复合飞片速度特性研究

3．1 飞片速度测量方法

3．2 光子多普勒测速

3．3 CuO-Al反应性复合薄膜对飞片速度的影响

3．3．1 激光能量对飞片速度的影响

3．3．2 CuO-Al薄膜厚度比对飞片速度的影响

3．3．3 CuO-Al调制周期对飞片速度的影响

3．4 Al2O3隔热层对复合飞片速度的影响

3．5 小结

4 激光诱导CuO-Al复合薄膜发射光谱分析

4．1 等离子体特性研究理论与实验方法

4．1．1 等离子体特性实验方法

4．1．2 等离子体电子温度计算方法

4．1．3 等离子体电子密度计算方法

4．2 发射光谱定性分析

4．3 等离子体电子温度

4．3．1 等离子体电子温度测量

4．3．2 激光脉冲能量对等离子体电子温度的影响

4．3．3 复合薄膜调制周期对等离子体电子温度的影响

4．4 等离子体电子密度

4．4．1 复合薄膜发射光谱展宽特点

4．4．2 不同调制周期复合薄膜等离子体电子密度

4．5 Boltzmann图谱法和局部热力学平衡验证

4．6 小结

5 总结

5．1 本文工作总结

5．2 创新点

5．3 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文