离子注入技术改性聚酰亚胺薄膜的研究进展.pdf

《离子注入技术改性聚酰亚胺薄膜的研究进展.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、88工程塑料应用2011年，第39卷，第7期离子注入技术改性聚酰亚胺薄膜的研究进展赵海张教强季铁正杨满红寇开昌(西北工业大学理学院，西安710129)摘要综述了近年来国内外采用离子注入技术改性聚酰亚胺薄膜的研究与应用进展，主要包括改性其力学性能、电学性能以及在太空环境中抗原子氧侵蚀的能力等方面的研究情况，并展望了未来研究方向。关键词离子注入聚酰亚胺薄膜表面改性耐磨性表面电阻原子氧离子注入技术，即在离子注入机中将离子(如He、N、磨粒磨损。Si、Fe等各种金属或非金属离子)加速到几万、几十万甚T．Kobayashi等研究表明，PI薄膜经5

2、×10”ions／cm至更高电子伏特，然后注入固体材料表面层的技术。材料经的w离子注入后，在PI薄膜表面层中形成了w—c和离子注入后，表面层的成分和结构都会改变，进而导致其物w一0键，在薄膜表面上有溅射的w原子；剂量为1×10～理、化学、力学性能发生极大变化。1×10ions／cm的w离子注入呵在PI薄膜上生成低摩擦和相对于其它表面改性技术，离子注入技术的优越性在耐磨损的表面，试样横截面的透射电子显微镜(TEM)分析于：(1)离子注入是借助于电场力将离子注入基体材料中，结果表明，在注入层中不存在金属颗粒及WC复合物，w～c原则上可将任何

3、元素引入到固体中，而不受固溶度和热平衡键可能抑制了钨原子的迁移；当注入剂量为1×10ions／era的限制；(2)注入离子在基体中与基体原子混合而无明显界时，摩擦因数最低(0．14)，此时，磨损体积也最小。面，故不会像镀层或涂层那样轻易发生脱落。；(3)可控V．N．Popok等采用40keV的Fe和C0离子对PI薄性和重复性好，不仅可在较大面积上均匀注入，也可在很小膜进行离子注入发现，高束流密度、高剂量的金属离子注入范围内进行局部改性；(4)离子注入一般在常温(或低温)、能在注入层中有效地形成聚合物／金属纳米复合物。但是，真空条件下进行

4、，整个过程清洁而无环境污染，被注入的材T．Kobayashi等用Ag、Cu和P【l离子对PI薄膜进行注入料或零件不会产生变形，能保持其原有的尺寸精度。后，发现薄膜中生成了纳米尺寸的金属纳米颗粒；而用Fe、w聚酰亚胺(PI)是主链中含有酰亚胺环单元的一类芳杂和K离子对PI薄膜注入却没有发现相应的金属纳米颗粒生环高分子化合物，因其优异的热稳定性、力学性能、耐化学药成。品性以及高介电性能等，在很多领域都有广泛的应用，尤ChenTianxiang等用2．0MeV的si离子对}，I薄膜进其是在核电站、军用飞机和太空飞船上。近年来，用离子注行离子注

5、入，发现弹性模量和硬度都有很大增加，注人剂量入技术改性PI薄膜表面性能的研究引起了人们极大的热为1．25×10”ions／cm时，PI的弹性模量为l6．35GPa，几乎情，如通过离子注入来提高其力学性能、电性能，以及抗原子是未改性PI(3．37GPa)的5倍，而且在此剂量下，其硬度比氧侵蚀的能力等，笔者现将这方面的研究作一介绍。未改性PI的l3倍还多；摩擦因数从原来的约0．7减小到1离子注入对PI薄膜力学-陛能的影响0．18(注入剂量为1×10ions／cm)；同时也发现，当注入剂PI薄膜经离子注入后，其表面层变得极其坚韧，硬度有量为5

6、×10ions／cm时，粗糙度最小，但是当注入剂量超过很大提高，而且摩擦因数大大降低。；但主体材料中的PI5×i0“ions／cm时，表面却又变得粗糙了；而且傅里叶红外却不受离子注入的影响，故其可起到冲击吸收层的作用，从光谱(FFIR)和Raman光谱分析表明，在si离子注入PJ的过而可防止机械噪声。离子注入后PI表面强韧层的形成，可程中，酰亚胺和芳香基团部分破坏，生成了无定形碳和石墨以阻止磨损或腐蚀导致的损伤，故起到提高PI作为表面保结构，同时出现了SilO键。这些改性效果都有助于提高护材料的应用性J。改性表面的弹性模量和硬度，并且降

7、低其摩擦因数、提高抗T．Kobayashi等用高剂量的w离子对PI(Kapton)薄磨损能力。膜进行离子注入，发现在PI薄膜中形成了无定形碳结构，随M．Guenther等用不同能量(50、130、180keV)、剂着注入剂量增加，PT与铝球对滑后的磨痕宽度相应减小；注量(1×10”～1×10ions／cm。)的B离子注入PI，并对其改入剂量为5×10”ions／cm。的试样表面最硬，注入剂量为1×性效果进行了详细研究分析。他们认为经B离子注入后，大10ions／cm试样的摩擦因数和磨痕宽度最小，注人剂量为多共价键被破坏，而生成了新的芳香

8、、烯烃、羰基和羟基基0、1×10、1×10、1×10”、5×10”ions／cm时摩擦因数平团；分析表明，PI中部分结构被破坏，而同时在PI改性层的均值分别为0．35、0．33、0．25、0．22、0．30