高陶瓷相Al/SiC复合材料化学镀镍工艺及质子辐照行为

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高陶瓷相铝基复合材料因其具有质量轻、低膨胀、强度高、导电和导热性优秀等诸多特点,使其在高稳定反光镜、电子器件封装等空间领域具有很大的应用潜力。由于陶瓷含量高,导致其表面光学性能、耐蚀性较差,化学镀镍是提高这种复合材料表面性能的有效方法之一。本文以高陶瓷相铝基复合材料为研究对象,在系统研究这种新型材料的化学镀镍前处理工艺及沉积过程基础上,利用金相显微镜、扫描电镜、x-射线衍射以及各种性能测量技术,深入研究了高陶瓷相复合材料化学镀镍层的结构、性能及其空间辐照环境稳定性。基于高陶瓷相复合材料的组成特点,本文分别按照陶瓷材料和铝合金材料的前处理活化方法研究了复合材料的化学镀镍过程。结果表明,利用陶瓷材料的敏化/活化前处理工艺所获得的化学镀镍层呈菌丝状的疏松状态,形成多孔状的镀层,这是由于敏化/活化溶液的盐酸酸性条件,导致金属铝合金的过度腐蚀引起的。利用铝合金的浸锌活化前处理方法,能够获得较为连续和光亮的化学镀镍层。但是由于这种方法中,由于表面SiC陶瓷相没有自催化性质,镍层的沉积主要通过在金属Al表面优先沉积的镀层侧向生长覆盖,在沉积开始5min之内表面基本覆盖,但是这易于造成沉积层表面的针孔缺陷。同时研究发现,对比机械抛光和化学抛光的复合材料,化学抛光表面沉积层更均匀。复合材料表面沉积的化学镀镍层具有非晶态结构,镀层呈胞状形貌,镀层硬度为Hv420。利用划痕法分析镀层与基体材料脱层的最小临界载荷约为3.5N。分析还表明,复合材料表面SiC相与基体结合力较差,在划痕法测试过程中可间隙性产生声发射信号。复合材料化学镀镍后,表面的光学反射率大大增加,使改善材料光学性能成为可能。对化学镀改性材料进行质子辐照后,当170keV质子辐照注量为1E16cm-2时,非晶态的化学镀镍层出现晶化现象,导致其表面硬度增加。
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