【学科发展方向】 【学科发展方向】

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 【宗旨】  针对交通运输、航空航天对关键部件轻质化和功能化发展要求,开展涂层性能控制以及失效机制等相关的科学问题研究,以推进其理论体系形成和技术发展。

 


【研究方向】

♦  液相等离子体放电及陶瓷涂层

等离子体电解氧化(PEO),是集电化学、热力学、固态相变等多场耦合过程。研究将探索陶瓷层的微结构、内部缺陷及力学特性的关联,拓展陶瓷层应用范畴。 

♦  高能脉冲磁控溅射薄膜技术

高能脉冲磁控溅射(HiPIMS),克服传统磁控溅射的不足,使等离子体离化率可达80%以上。探索高密度等离子体的发生、传输及沉积的动力学过程,以获取高品质薄膜。

  涂镀层摩擦学

摩擦学(Tribology)属于表面科学的范畴,材料的表面特性会影响摩擦磨损、润滑过程及其磨损机理。研究表面和界面上微观行为与变化,将建立材料耐磨减阻的新方法。

  夏原 研究员/博导

浙江上虞人,工学博士。专业为材料科学。研究方向:材料工艺力学、表面科学及薄膜技术等。

现任中科院力学所院地合作处处长。任中国力学学会产学研工作委员会副主任、中国机械工程学会热处理学会常务理事、材料热处理学报编委。

1995年毕业于哈尔滨工业大学,获工学博士学位。1996年5月入中科院金属所博士后流动站工作,1998年8月被中科院力学所特聘为研究员。2008年在加拿大做高级研究学者。

主持完成了国家面上基金、国家重点基金、中科院重大装备研制计划、支撑国家战略新兴产业项目等。获20余项国家发明专利,主要参加制定了GB/T18592-2001国家标准。

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内容

力学所建成高能冲击磁控溅射装备系统并开放服务

表面工程提高材料摩擦磨损、耐腐蚀性能的同时,还赋予材料新的表面功能,为解决人类发展中遇到的资源、能源等问题起到了不可替代的重要作用。作为表面工程领域的重要分支,我国亟需提升物理气相沉积(PVD)的技术能力。

高能冲击磁控溅射技术(High Power Impulse Magnetron Sputtering, HiPIMS)在国际上被称为磁控溅射方法的重大突破。 该技术的出现,引起了国际上高度重视,1997年,Kouznetsov首次提出美国专利,继而先后有德国Hunttinger、美国Zpulser、荷兰Hauzer等著名公司开展专用HiPIMS离子源研究。近年,欧盟国家率先联合有关科研团队开展了该技术的系统研发,并制定了HiPIMS发展路线图。2009年至今,国际上已连年召开专题讨论会。因此,在我国解决PVD表面改性中的关键HiPIMS装备与技术问题,搭建真空等离子状态检测系统,探究高品质薄膜沉积本质迫在眉睫。

在中国科学院装备研制项目的支持下,力学所先进制造工艺力学重点实验室镀层工艺力学与摩擦学课题组建设完成了高能冲击磁控溅射(HiPIMS)等离子体发生与成膜控制平台,该平台将HiPIMS与等离子体基离子注入沉积方法相结合,采用前者获得淹没性的高离化率金属等离子体,通过溅射脉冲和高压脉冲的波形匹配实现参与成膜粒子能量可控,形成一种新颖的成膜过程控制技术。利用HiPIMS技术,金属Ti的离化率可达80%。粒子能量超过100eV,通过调整高、低磁控电压脉冲的脉宽比例,HiPIMS耦合电源还可实现对离化率的有效调控(发明专利,201410652546.5)

同时,该实验平台搭建了基于光发射谱、朗谬尔探针、离子能量检测的等离子体环境监测系统,获得了等离子体自产生到成膜过程中的等离子体参数、粒子种类与荷能状态,构建了基于网络平台的等离子体特征数据管理系统。

相关研究成果为解决膜基结合力、结构稳定性,成膜均匀性三大共性问题提供了科学依据和装备平台,可为开展多元及复杂体系涂层表面改性的应用研究提供指导和实验条件。力学所科研团队在此基础上,已开展了传感器部件、发动机活塞环及行波管散热器等工程化应用。

近日,中国科学院条件保障与财务局组织专家对力学研究所承担的院科研装备研制项目“高能冲击磁控溅射等离子体发生与成膜控制平台” 进行了技术测试和现场验收。验收专家组认为该项目完成了任务书规定的各项任务并实现了研制目标,技术指标和功能达到或优于任务书的要求,一致同意通过验收。

在设备建设过程中,作为HiPIMS技术的主要合作单位邀请了国际著名学者Allan Matthews教授来访,深入探讨了HiPIMS装备的技术难题和未来发展,开展了相关学术问题的交流,为后续的技术合作和科学研究奠定了基础。

MAM、前沿科学处供稿

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中国科学院力学研究所
先进制造工艺重点实验室 
镀层工艺力学与摩擦学课题组

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