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1、电子显徽学报 J . C h i n . E l e c u . M ic r o s c . S o c 1 9 ( 4 )。 5 9 7 - 5 9 8 2 0 0 0年5 9 7 离子注入对单晶S A O : 表面结构及 耐磨性能的影响 徐洗杨生荣吕晋军阵群基 ( 中阅科学院兰州化学价理研究所阅体润汾开放实脸空， 兰州7 3 0 0 0 0 ) 近年来利用离子注人技术对陶瓷材料进行表面改性已逐渐受到人门的关注a - 3 。 本文报道 了利用离子注人技术改普S i 0 : 单晶表面的康攘学性鹤， 并用电子显徽镜对N 离子注人后， S i O , 单晶的表面徽观结构进行了研究。 幼.与讨论
2、本实脸所用祥品为用水热法合成的S i 0 : 单晶。 N + 离子注人能f为I l o k e V, M*为1 X1 0 “ N 十 八m 2 , 犯室真空度为3 - 5 X 1 0 - P a ,，徐口扭试脸采用球一 盘接触及旋转运动方式， 康井对价 为S i , N 一悦球， 法向载荷为0 . 5 N, 线速度为 0 . 2 0 m/ s , 试脸在室沮和相对湿度为 4 0 写-5 0 %的 空气中进行。 卒攘心摄试验的结果表明， 在高邃低负荷的干.捧实脸条件下， N 离子注人可大福 度提离S i 0 : 单晶的.件学性能。 S i 0 : 单舀与S i , N , 球对.的康攘系数由原来
3、的。 . 7 左右下降到 0 . 2 左右， 而S i 0 : 单晶的耐磨性翻月比离子注人前提高了 近四个数f级。 为了 研究N + 离子注人 大.度提离S io , 单晶康徐学性能的原因， 我们用扫描电镜和进射电镜对离子注人前后， S i0 : 单 晶表面的康井执进和S i 0 : 单晶表面的徽观结构进行了分析。 困1 ( e ) , ( b ) 分别示出了经过N + 离子注人前、 后， S i 0 : 单晶表面康擦轨迹的S E M照片。 由于 未经离子注人处理的S i 0 : 单晶具有较高的脆性， 在干康井条件下， 来自康徐对价法向负荷和剪 切应力的作用， 使S i 0 : 单晶表面产生径
4、向裂纹并在.娜过程中向S i 0 : 单晶内部扩展， 当裂纹扩 .月一定祖度后， 裂纹廷伸到次表层并相互结合形成裂坟封闭区， 造成由断裂形成的粗橄凹坑出 现( 见圈l ( a ) ) , 随，卑徐的继续， 这些粗橄凹坑大f出现并联成一体雌续向S i 0 : 单晶内部扩展， 遭成S i 0 . 单晶表面的严重磨扭。由此可以确定， 在干库攘条件下， 脆性断裂是导致S i 0 : 单晶产 生磨级的主要原因. 而N + 离子注人后的S i 0 : 单晶表面的.井轨迹比较光份， 没有发现由断裂形 成的粗粗凹坑出现， 其表面仅有一些很浅的徽裂纹产生( 见图1 ( b ) ) , S i O : 单晶表面并
5、未产生明 且.级， 这说明N + 离子注人可显若阵低S i 0 : 单品的表面脆性。而离子注人阵低S i 0 : 单晶表面 . 性 的 耳 因 可 解 释 如 下 ， 在 N + 离 子 注 人 过 怪 中 ， 注 人 离 子 在 S io p 单 晶 产 表 层 及 表 层 引 起 粗 射 摄 伤， 造成大t的点映陷， 并形成翻密的位.网， 同时还由于离子注人所引起的应力相变效应及热 峰效应等多种效应的作用， 使S i 0 : 单晶从次表层开始产生非晶化状态并逐步向 表层扩展， 但 1 X 1 0 “ N / c m= 的注人荆f仅使S i 0 ， 单一的次表层产生非晶化而并未使其表层也产生
6、完全非 晶化， S i 0 : 单品的表层结构处于S i 0 : 徽晶状态。 田2 为S i 0 2 单晶表面经N + 离子注人后的T E M 像和电子衍射谱图。 可以发现经N 十 离子注人后， S i 0 : 单晶的表面结构已转变为一层晶较尺寸为 2 0 -5 0 n m的徽晶层。 S i 0 : 单晶表面经N 十 离子注人后形成的这一纳米徽晶层， 从宏观来粉， 接近 一个连续均匀体， 基本上各向同性， 因而不容易出现由缺陷所诱发的各种形变， 使其韧性提高的 同时硬度又无明显降低。在与S i 卿。 球的干卒井过程中， 由于S i 0 : 单晶表面的纳米徽晶层具有 二，.: .盆自接料争奋资助项目( 5 9 7 0 2 0 0 1 ) .舀月t于，岛 礴，二飞，.峨.，f.咨甲门研盖、去!，t.1币争今斗了，马，J七玉了， 爪 万 了 一 夕享-
