原位实时热处理与表征系统研究

摘要

相图是材料结构-成分-热学条件的关联图，完整的相图包含了系统性的成分空间，具体的物相鉴定信息，完备的热力学条件以及全部的相边界曲面。传统的材料相图研究是一次实验研究一个样品，将大量重复性实验得到数据汇编而成。原位实时热处理与表征方法是利用高通量组合材料芯片研究材料相图，其基本原理是用不同的材料成分，在一块基片上同时集成生长大量不同组分的材料，通过自动化的微区表征实现快速、高效、准确的材料特性描述及完成材料相图的绘制。
　　本研究从组合材料芯片的设计到微区样品物相改变的检测，完成了组合材料芯片的制备以及激光实时热处理与温度表征系统的基本设计与研究。系统又可以简单的分为两个部分，激光热处理部分和表征部分，具体来讲激光加热系统需要完成对合金薄膜微区样品的定量均匀温升，即在微区样品内以一定温度间隔均匀升温。通过基本的热传导理论，分析了激光加热单个微区薄膜样品的温升，并利用数值模拟的方式研究了激光加热微区样品的温度分布情况，从而得出了合适的激光辐照功率区间以及基底端辐照升温的正确加热方法。同时根据研究的温度区间、测温速率等要求，选择恰当的测温方法和仪器，并研究设计通过快速数据采集、反馈控制等构建激光脉冲加热的闭环反馈控制系统。以组合材料实验方法为基础，通过对组合材料芯片的设计原理入手，研究了微区激光加热方式和温度表征手段，完成了原位实时热处理与表征系统的基本研究。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 高通量实验方法的研究进展

1.3 本文的主要研究内容

第二章 材料相图的高通量研究方法

2.1 组合材料芯片前驱体的沉积

2.2 前驱体的扩散

2.3 材料物相表征

2.4“单芯片”组合材料实验方法

2.5 本章小结

第三章 激光与微区薄膜材料的相互作用

3.1 基本理论

3.2 脉冲激光辐照薄膜材料温升的解析研究

3.3 激光与组合材料芯片单样品热作用的数值模拟研究

3.4 本章小结

第四章 组合材料芯片

4.1 组合材料芯片设计方法

4.2 组合材料芯片制备

4.3 本章小结

第五章 激光热处理与检测系统关键部分研究

5.1 激光热处理与物相监测系统

5.2 激光加热系统

5.3 温度检测系统

5.4 反馈控制系统

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果