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化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 12 期In-Bi-Sn 基Si 3N 4/GNFs 混合纳米流体的流变性和润滑性蒋佳骏1，吴张永1，朱启晨1，蔡昌礼2，朱家军2，王志强1（1 昆明理工大学机电工程学院，云南 昆明 650500；2 云南中宣液态金属科技有限公司，云南 宣威 655400）摘要：现有水基、油基及其他无水合成类液压传动介质存在高温稳定性差、温-黏变化大等问题。
In-Bi-Sn 合金熔点低、流动性好、高温性质稳定，是极端高温液压传动介质的理想基础液。
本文采用两步法制备体积分数为0、5%、10%、20%、30%的In-Bi-Sn 基Si 3N 4/GNFs 混合纳米流体。
利用TEM 、SEM+EDS 、热重分析等手段表征样品形貌、分散性和热稳定性，通过高温旋转流变仪和摩擦磨损试验机研究样品的流变性和润滑性，对比分析样品与现有高温液压介质在热稳定性、流变性、润滑性上的性能差异。
结果表明：Si 3N 4嵌于GNFs 片层之间，以团聚体形式分散于In-Bi-Sn 基质，10%样品中的混合纳米颗粒团聚体尺寸小于20%样品；样品黏度随混合纳米颗粒体积分数增加而增大，液态静置时间和相变次数对<30%样品黏度的影响不明显；受纳米颗粒布朗运动影响，分散相体积分数越高，样品的温-黏变化越显著；因剪切改变了纳米颗粒团聚体的粒度，20%样品显示出明显的剪切致稀特征；添加Si 3N 4/GNFs 混合纳米颗粒能够显著改善润滑特性；相较于现有高温液压介质，In-Bi-Sn 基Si 3N 4/GNFs 混合纳米流体热稳定性优异、温-黏变化更小、高温润滑性能佳。
关键词：液态金属；纳米粒子；纳米流体；流变性；润滑性；热稳定性中图分类号：TB34；TQ021 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）12-6197-10Rheological properties and lubricity of In-Bi-Sn based Si 3N 4/GNFshybrid nanofluidJIANG Jiajun 1，WU Zhangyong 1，ZHU Qichen 1，CAI Changli 2，ZHU Jiajun 2，WANG Zhiqiang 1(1 Faculty of Mechanical and Electrical Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500,Yunnan, China; 2 Yunnan Zhongxuan Liquid Metal Technology Co., Ltd., Xuanwei 655400, Yunnan, China)Abstract: Existing hydraulic transmission media of water, oil and other anhydrously synthesized materials have problems such as poor stability at high temperature and large temperature-dependent viscosity change. In contrast, In-Bi-Sn alloy has low melting point, good fluidity, and stable high-temperature properties, making it an ideal base fluid for hydraulic transmission media at extreme high temperature. In this work, In-Bi-Sn-based Si 3N 4/GNFs hybrid nano-fluids with volume fractions of 0, 5%, 10%, 20% and 30% were prepared by a two-step method. The morphology, dispersion, and thermal stability of the samples were characterized by TEM, SEM+EDS and TGA. The rheological properties and lubricity of the samples were studied by high-temperature rotary rheometer and friction wear testing machine. The differences in thermal stability, rheology, and lubricity between samples and existing high-temperature hydraulic media were compared. The results showed that Si 3N 4 was embedded in GNFs plates研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0148收稿日期：2023-02-06；修改稿日期：2023-03-27。
制备工艺对C V D Si。
N4涂层沉积速率的影响／尹立峰等415制备工艺对C V D Si3N4涂层沉积速率的影响*尹立峰1，王思青1，张长瑞1，崔岩2，徐晓燕2(1国防科学技术大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室，长沙410073；2中国航空工业济南特种结构研究所，济南250023)摘要采用H SiC I s—N H3-N2(稀释气体)体系在石英陶瓷基板上通过低压化学气相沉积(LPC v D)法沉积出了Si。
N；涂层，研究了工艺条件对涂层沉积速率的影响。
结果表明，在没有稀释气体的情况下，随着沉积温度升高，s i3N4涂层的沉积速率逐渐增加，在850。
C附近达到最大值，随着反应温度的进一步升高，涂层沉积速率下降。
当存在稀释气体时，在所选温度范围内随着沉积温度的升高，si3N4涂层的沉积速率一直增大，反应的表观活化能约为222l d／t ool。
随着原料中N H。
／H Si C h流量比值的增大，s i3N4涂层的沉积速率逐渐增加，随后稳定，但稍有下降趋势。
在所选稀释气体流量范围内，Si。
N；涂层的沉积速率随着稀释气体流量的增加而增大。
关键词L PC V D氮化硅涂层沉积速率Ef f ect s of Pr epar at i on Tec hni que on D eposi t i on R at e of Si l i con N i t r i de C oat i ngs by L ow Pr es s ur e C hem i cal V apor D eposi t i onY I N L i f en91，W A N G Si qi n91，Z H A N GC hangrui l，C U I Y an2，X U X i aoyanz(1St at e K e y Labor at or y of A d vanced C er am i c Fi bers&C om pos i t es，Col l ege of A er ospace&M at eri al s E ngi nee r i ng，N a t i ona l U ni ver si t y of D e fe ns e Tec hnol ogy，C hangs ha410073；2Rese a rch I ns t i t ut e f or Speci alS t r uct ur e of A e r onau t i c al C om pos i t e s，Ji na n250023)A bs t ract T he ef f ect s of pr apa r at i on t ec hni q ue o n t he deposi t i on r a te of s i li con ni t f i de coat i ngs grow i ng o nqua r t z f rom H Si C h-N H3一N2sys t em vi a l ow pr e ssu r e ch em i ca l vapor de posi t i on(I。
ECR 2PECV D 制备Si 3N 4薄膜沉积工艺的研究Ξ陈俊芳 吴先球 王德秋(华南师范大学物理系,广州 510631)丁振峰 任兆杏(中国科学院等离子体物理研究所,合肥 230031)(1998年8月25日收到)Ξ国家自然科学基金(批准号:69493501)及广东省自然科学基金(批准号:970317)资助的课题. 由偏心静电单探针诊断了电子回旋共振等离子体增强化学汽相沉积(ECR 2PECVD )反应室内等离子体密度的空间分布规律.结果表明在轴向位置Z =50cm 处,直径<12cm 范围内等离子体密度分布非常均匀.分析了等离子体密度径向均匀性对沉积速率均匀性和薄膜厚度均匀性的影响.讨论了沉积制备一定薄膜厚度的Si 3N 4薄膜的工艺重复性.研究了各种沉积工艺参数与Si 3N 4薄膜沉积速率的相互关系.得到了ECR 2PECVD 技术在沉积薄膜时的工艺参数条件.PACC :6855;8115H ;52701 引言目前,低温等离子体技术在材料科学、半导体微电子学和光电子学等领域的研究和加工中起重要作用[1—4].微波电子回旋共振等离子体增强化学汽相沉积(ECR 2PECVD )技术是低温等离子体加工方法中重要技术之一,它是在化学汽相沉积(CVD )的基础上发展起来的新技术.由于等离子体是不等温系统,其中“电子气”具有比中性粒子和正离子大得多的平均能量,电子温度为1—10eV ,约为气体分子的10—100倍,即反应气体接近环境温度,而电子的能量足以使气体分子的化学键断裂,并导致化学活性高的粒子(离子、活化分子等基团)的产生,亦即反应气体的化学键在低温下即可被分解,从而实现高温材料的低温合成[5,6].Si 3N 4薄膜材料是一种人工合成的精细陶瓷功能材料,它具有优良的抗冲击能力、耐高温、抗腐蚀、强度高等特点,在汽车工业、加工工业、微电子工业和光电子工业等方面已得到了广泛的应用[7—9].传统制备Si 3N 4薄膜方法的沉积温度高,对设备的耐温性能和加热方法有特殊的要求,限制了它的应用,ECR 2PECVD 能在较低沉积温度下制备优质均匀的Si 3N 4薄膜.Si 3N 4薄膜的性能取决于薄膜的形成过程,而薄膜的形成受到诸多因素的第48卷第7期1999年7月100023290/1999/48(07)/1309206物 理 学 报ACTA PHYSICA SIN ICA Vol.48,No.7,J uly ,1999ν1999Chin.Phys.S oc.影响[10].如基片沉积温度、基片在反应室内的位置、基片表面性质、反应室内等离子体密度、气体流量等.因此,要提高沉积薄膜的质量和性能,必须了解工艺过程和反应室参量对薄膜性质的影响,确定最佳工艺过程.本文主要研究了反应室内等离子体空间分布的均匀性对ECR 2PECVD 制备Si 3N 4薄膜厚度均匀性的影响,分析了沉积工艺(工作压力、气体配比、基片沉积温度、微波功率)与Si 3N 4薄膜沉积速率的关系,并讨论了制备Si3N 4薄膜的工艺重复性.2 实验装置与等离子体参数空间分布图1为制备Si 3N 4薄膜的ECR 2PECVD 装置图.主要由真空系统、配气系统、微波系统、励磁系统、反应室和基片加热系统以及静电单探针系统组成.真空系统由涡轮分子泵图1 ECR 2PECVD 装置原理图 1为微波源,2为真空系统,3为励磁系统,4为配气系统,5为反应室,6为基片加热系统,7为静电单探针图2 等离子体密度的空间分布和机械泵组成;配气系统由SiH 4,N 2气源和双路流量计组成;微波系统由600W 功率可调的微波源和微波输入匹配耦合器组成;励磁系统由励磁线圈和113×75—115×75A 直流电源组成;反应室由<12cm ×10cm的共振区和<1415cm ×70cm 反应区的不锈钢圆筒两部分组成;基片放置在轴向可移动、温度可调节的基片架上.图2给出当运行气压为8×10-3Pa ,微波功率为240W 时,由偏心静电单探针诊断获得的等离子体反应室内等离子体密度的空间分布.从图2可见,在反应室轴向位置Z =70cm 的共振区附近,径向R =0cm 的中心位置等离子体密度为812×1010cm -3.从微波窗口向抽气口方向过渡时,等离子体密度减小;在轴向位置Z =50cm 处,径向0131物 理 学 报48卷R =0—6cm 范围内等离子体密度很均匀,平均约为1179×1010cm -3.这说明在轴向位置Z =50cm 处的等离子体密度在直径<12cm 范围内分布均匀,有利于制备厚度均匀的薄膜.3 Si 3N 4薄膜样品的制备基片采用(111)单晶硅片、溴化钾(K Br )片和载波片.将基片作常规清洗后烘干装入沉积室进行薄膜沉积.在本底真空好于2×10-3Pa 时,将SiH 4和N 2作为反应气体,经双路流量计送入等离子体反应室内.在ECR 等离子体的激活下,进行化学反应,反应方式为3SiH 4+2N 2+e 等离子体Si 3N 4↓+6H 2↑+e.(1)在基片上沉积出Si 3N 4薄膜.4 实验结果与讨论411 Si 3N 4薄膜的沉积速率与工作气压的关系实验使用80%N 2稀释的SiH 4气体为反应气体(即SiH 4∶N 2配比为1∶4),反应气体经流量计送入反应室,调节气体流量可在不同工作气压下沉积Si 3N 4薄膜.图3给出沉积图3 Si 3N 4薄膜的沉积速率与工作气压的关系速率与工作气压的关系曲线.从图3可见,当工作气压上升时,沉积速率逐渐增高,当工作气压从6×10-2Pa 升至9×10-2Pa 时,沉积速率从15nm/min 增至28nm/min ,增高较快,当工作气压为8×10-2Pa 时,沉积速率为26nm/min 左右,当工作气压从9×10-2Pa 增至3×10-1Pa 时,沉积速率从28nm/min 增至32nm/min ,增高较慢.这是因为工作气压从低气压处开始上升时,反应室内参与反应的气体增加,使到达基片表面的反应产物增多,同时气压适当提高,反应室内的等离子体密度增大,反应气体中活性粒子增多,从而得到高的沉积速率.但当工作气压进一步上升到较高值时,等离子体密度增加不大,在一定的工作气压下反而会减小[11,12],使反应气体活性变弱,导致在高气压范围沉积速率增高较少.412 Si 3N 4薄膜的沉积速率与进气配比的关系利用双路流量计将80%N 2稀释的SiH 4同N 2以不同配比的SiH 4∶N 2气体送入反应室内.分别调节SiH 4和N 2的流量,得到SiH 4∶N 2的进气配比为1/4,1/6,1/8,1/10,1/12.在沉积过程中保持工作气压为8×10-2Pa ,在不同进气配比条件下沉积Si 3N 4薄膜.图4给出沉积速率与进气配比的关系.从图4可见,随进气配比的变小,沉积速率逐渐11317期陈俊芳等:ECR 2PECVD 制备Si 3N 4薄膜沉积工艺的研究降低.在高进气配比1/4处沉积速率为26nm/min 左右,在1/6处沉积速率为24nm/min 左右,在1/8处沉积速率为22nm/min 左右.进气配比从1/4降到1/8范围内,沉积速率图4 Si 3N 4薄膜的沉积速率与进气配比的关系降低较慢.在1/8到1/12低进气配比范围内,沉积速率降低加快.在进气配比为1/10处沉积速率为18nm/min 左右,在进气配比为1/12处沉积速率为125nm/min 左右.这是因为在一定的工作气压下,SiH 4∶N 2进气配比降低时,反应室内SiH 4含量减少,使Si 3N 4的生成产物降低所造成。
硅烷和氨气的比例对氮化硅的应力摘要本文研究了硅烷（SiH4）和氨气（NH3）的比例对氮化硅（Si3N4）应力的影响。
通过实验数据和理论分析，我们发现硅烷和氨气的比例在氮化硅薄膜沉积过程中对应力产生显著影响。
本文详细讨论了不同比例下的应力变化，并解释了其背后的机理。
一、引言氮化硅是一种重要的陶瓷材料，具有优异的力学、电学和热学性能，广泛应用于微电子、光电子和MEMS等领域。
在氮化硅薄膜沉积过程中，硅烷和氨气的比例是一个关键参数，它直接影响氮化硅薄膜的应力、结构和性能。
因此，研究硅烷和氨气比例对氮化硅应力的影响具有重要意义。
二、实验方法本文采用化学气相沉积（CVD）方法制备氮化硅薄膜。
通过调节硅烷和氨气的流量比例，我们在不同的比例下进行了实验。
利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）和纳米压痕仪等表征手段，我们测量了不同比例下氮化硅薄膜的应力。
三、结果与讨论1.在硅烷和氨气比例为1:1时，氮化硅薄膜表现出较低的应力。
这是因为在此比例下，硅烷和氨气的反应活性较高，生成的氮化硅结构较为致密，缺陷较少。
2.当硅烷和氨气比例偏离1:1时，氮化硅薄膜的应力逐渐增大。
这是因为比例失衡导致反应活性降低，生成的氮化硅结构中缺陷增多，从而产生较大的应力。
3.在极端比例下（如硅烷过多或氨气过多），氮化硅薄膜的应力急剧增大，甚至导致薄膜开裂。
这是因为极端比例下反应物浓度过低或过高，使得反应生成的氮化硅结构严重失调，产生巨大的内应力。
四、机理分析硅烷和氨气比例对氮化硅应力的影响主要归因于反应活性的变化和生成物结构的缺陷。
当硅烷和氨气比例适中时，反应活性高，生成的氮化硅结构致密，缺陷少，从而应力较低。
而在比例失衡或极端比例下，反应活性降低，生成的氮化硅结构中缺陷增多，导致应力增大。
这些缺陷可能包括空位、间隙原子、位错等，它们会破坏氮化硅晶格的完整性，产生内应力。
五、结论本文通过实验研究了硅烷和氨气比例对氮化硅应力的影响。
