本文關(guān)鍵詞：藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)的離子束輻照制備研究

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【摘要】：藍(lán)寶石晶體化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,能夠耐高溫、抗磨損,具有極高的硬度和機(jī)械強(qiáng)度,其透射波段寬,覆蓋紫外、可見、紅外到微波波段�？蓮V泛應(yīng)用于耐高溫高壓器件、光學(xué)系統(tǒng)、特種窗口、耐磨損器件、紅外制導(dǎo)、導(dǎo)彈整流罩等軍事、民用、科研等高科技領(lǐng)域。但是藍(lán)寶石硬度很高,僅次于金剛石,其莫氏硬度達(dá)到9.3,現(xiàn)有的加工方法很難滿足對藍(lán)寶石的應(yīng)用需求。而低能離子束刻蝕技術(shù)作為一種新型的光學(xué)制造技術(shù),具有刻蝕方向性好、分辨率高、加工性靈活和重復(fù)性好等優(yōu)點,滿足藍(lán)寶石元件的加工要求。因此,本文開展了藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)的離子束輻照制備研究。本文采用微波回旋共振離子源,研究了Ar離子束在不同離子束能量、束流密度、入射角度、作用時間以及樣片是否旋轉(zhuǎn)的情況下,對藍(lán)寶石表面的刻蝕效果；結(jié)合低能離子束刻蝕技術(shù)的理論基礎(chǔ),分析了不同離子束參數(shù)對刻蝕后藍(lán)寶石表面形貌、納米結(jié)構(gòu)高度、粗糙度等影響規(guī)律,所取得的主要研究成果是：1)進(jìn)行制備藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)不旋轉(zhuǎn)時的影響因素研究實驗。利用單因素實驗法進(jìn)行實驗,獲得了條紋狀的納米結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)：載樣片不旋轉(zhuǎn)的情況下,當(dāng)離子束入射角度為55°～75°、離子束能量為1400eV～1800eV、離子束束流為35mA～50mA、刻蝕時間在30-90min時,可以得到條紋狀的納米結(jié)構(gòu)。其納米結(jié)構(gòu)的高度分別隨離子束能量、離子束束流密度的增大而增加,有序性隨刻蝕時間的增加而上升；2)進(jìn)行制備藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)不旋轉(zhuǎn)時的影響因素研究實驗。利用單因素實驗法進(jìn)行實驗,獲得了點狀的納米結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)：在樣片旋轉(zhuǎn)的情況下,當(dāng)離子束入射角度為55°～70°、離子束能量為1400eV～1800eV、離子束束流為35mA～55mA、刻蝕時間在30-90min時,可以得到點狀的微納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)高度分別隨離子束能量、離子束束流密度的增大而增加,有序性隨刻蝕時間的增加而上升；3)在樣片不旋轉(zhuǎn)的情況下,進(jìn)行尋優(yōu)實驗,利用四因素三水平正交實驗,分析獲得了各因素對藍(lán)寶石表面結(jié)構(gòu)的影響主次為：離子束入射角度離子束束流離子束能量離子束作用時間。得到低能離子束刻蝕藍(lán)寶石樣品實驗的最佳配方為：離子束入射角度為69。、離子束束流為55mA、離子束能量為1800eV和離子束作用時間為120min。并對最佳參數(shù)進(jìn)行了驗證實驗,得到了規(guī)律性很好的條紋狀自組織納米結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：藍(lán)寶石 低能離子束輻照 離子束參數(shù) 自組織納米結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 課題來源及意義9-10
• 1.1.1 課題來源9
• 1.1.2 課題的研究意義9-10
• 1.2 藍(lán)寶石材料特性10-11
• 1.2.1 藍(lán)寶石的各向異性10
• 1.2.2 藍(lán)寶石的光學(xué)性質(zhì)10-11
• 1.3 低能離子束刻蝕技術(shù)11
• 1.4 低能離子束刻蝕技術(shù)的研究狀況11-14
• 1.4.1 國外研究情況11-13
• 1.4.2 國內(nèi)研究情況13-14
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容和章節(jié)安排14-16
• 1.5.1 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 1.5.2 本文的章節(jié)安排15-16
• 2 課題方案與可行性論證16-25
• 2.1 課題的方案16-17
• 2.2 課題的研究過程17-18
• 2.3 所需的實驗條件18-20
• 2.4 實驗參數(shù)的選取20-21
• 2.5 方案的可行性論證21-23
• 2.5.1 藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)的低能離子束輻照重復(fù)性實驗21-23
• 2.5.2 藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)的檢測方法23
• 2.6 本章小結(jié)23-25
• 3 藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)的輻照制備實驗25-42
• 3.1 制備藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)不旋轉(zhuǎn)時的影響因素研究25-33
• 3.1.1 入射角度的影響規(guī)律研究25-27
• 3.1.2 離子束束流密度的影響規(guī)律研究27-30
• 3.1.3 離子束能量的影響規(guī)律研究30-32
• 3.1.4 刻蝕時間的影響規(guī)律研究32-33
• 3.2 制備藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時的影響因素研究33-41
• 3.2.1 入射角度的影響規(guī)律研究33-36
• 3.2.2 離子束束流密度的影響規(guī)律研究36-38
• 3.2.3 離子束能量的影響規(guī)律研究38-39
• 3.2.4 刻蝕時間的影響規(guī)律研究39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 4 尋優(yōu)實驗42-52
• 4.1 正交試驗的安排42-43
• 4.2 正交試驗的結(jié)果與討論43-48
• 4.2.1 表面粗糙度結(jié)果與方差分析43-44
• 4.2.2 表面納米結(jié)構(gòu)高度結(jié)果與方差分析44-46
• 4.2.3 因素顯著性水平分析46
• 4.2.4 最佳實驗參數(shù)的確定46-47
• 4.2.5 實驗結(jié)果討論47-48
• 4.2.6 最佳實驗參數(shù)的驗證實驗48
• 4.3 藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)光學(xué)性能研究48-50
• 4.3.1 等效折射理論48-49
• 4.3.2 實驗結(jié)果的分析49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-52
• 5 離子束刻蝕藍(lán)寶石表面納米結(jié)構(gòu)的實驗仿真52-59
• 5.1 數(shù)學(xué)模型的建立52-54
• 5.1.1 Sigmund離子濺射理論52-53
• 5.1.2 數(shù)學(xué)模型53-54
• 5.2 MATLAB下的仿真54-57
• 5.2.1 表面微結(jié)構(gòu)與入射角度的關(guān)系54-55
• 5.2.2 低溫條件下的仿真模擬55-57
• 5.3 本章小結(jié)57-59
• 6 結(jié)論59-61
• 6.1 結(jié)論59-60
• 6.2 后期展望60-61
• 參考文獻(xiàn)61-65
• 致謝65-67

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本文編號：830869