具有优良隔热和力学性能的低热导率W/Al2O3纳米多层功能膜的构建

摘要

本研究以高纯W与Al2O3为靶材,在常温下采用磁控溅射法在钠钙硅玻璃表面交替镀制了W及Al2O3纳米多层膜。在多层膜总厚度相同的条件下,研究了不同W/Al2O3周期厚度对隔热性能的影响。采用台阶仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、场发射透射电镜(TEM)等对多层膜的形貌及结构进行了表征。采用瞬态热反射法(TTR)、纳米压痕仪分别分析了多层膜的隔热性能和力学性能。结果表明,实验沉积的多层膜中各单层均匀连续,不存在断层现象,且层间界面清晰。Al2O3膜层呈非晶形态,W膜层具有亚稳态β-W(210)的择优取向,并在周期厚度为5 nm时呈现明显的非晶态。随着膜层界面密度的增大,多层膜的热阻增大,热导率减小,硬度增大。周期厚度为5 nm、膜层数为41层的W/Al2O3多层膜具有较为优异的隔热性能与力学性能,其热阻为3.14×10^-7 m^2·K·W^-1,有效热导率为0.36 W·m^-1·K^-1,硬度为8.53 GPa,膜/基结合力为42.20 mN。所制备的多层膜在室温到500℃之间具有良好的热稳定性。