【摘 要】
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半球谐振陀螺（HRG）作为一种高精度、低功耗、长寿命的惯导器件,在惯性导航、武器装备、深空探测等各领域应用广阔。半球谐振子以其高Q值、低频差的优良特性确保了半球谐振陀螺的工作可靠性。而其金属化镀膜及膜层质量对其关键特性影响对于谐振子研制至关重要。本文针对其镀膜工艺与关键特性开展了以下研究:首先,本文建立了基于动力学晶格方法的二维Monte Carlo模型,模拟薄膜生长过程。研究了薄膜生长过程中关键
【基金项目】
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军委装备发展部“十三五”装备预先研究项目“XXX 薄膜制备技术”
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半球谐振陀螺（HRG）作为一种高精度、低功耗、长寿命的惯导器件,在惯性导航、武器装备、深空探测等各领域应用广阔。半球谐振子以其高Q值、低频差的优良特性确保了半球谐振陀螺的工作可靠性。而其金属化镀膜及膜层质量对其关键特性影响对于谐振子研制至关重要。本文针对其镀膜工艺与关键特性开展了以下研究:首先,本文建立了基于动力学晶格方法的二维Monte Carlo模型,模拟薄膜生长过程。研究了薄膜生长过程中关键参数随时间的变化及不同沉积速率与温度对薄膜生长形貌的影响,结果表明在薄膜生长初期晶粒快速生长,晶粒数快速下降,晶粒平均直径增长迅速,而后基本保持稳定。随沉积速率及温度的增大,平面上岛数量逐渐减少,相互独立的岛连成一片,形成面积更大的岛。结果与理论模型相符合。其次,采用DC磁控溅射方法在石英玻璃衬底上沉积了纳米Al膜,并对不同工艺参数沉积得到的薄膜特性进行测试与表征。结果表明,Al膜在基片上的沉积速率随溅射功率的增大而增大,随腔室压力的增大先增大后减小。实验与模拟结果相一致。沉积薄膜晶粒尺寸随溅射功率增大而增大,随腔室气压增大先增大后减小。100W和1.6Pa条件下镀制的薄膜最均匀致密。所制备的Al膜表面较为平整,工艺条件对薄膜表面粗糙度的影响很小。抗拉性能测试表明薄膜的剥离强度达到2.81N/cm。最后,进行了半球夹具及谐振子的磁控溅射镀膜实验,测试了贴片厚度。结果表明内外半球表面由球顶至唇缘薄膜厚度均逐渐减小,内球面不同纬度的膜厚均匀性优于外球面,多自由度溅射实验镀制的内外薄膜均匀性均优于零自由度镀膜实验,达到3.77%和14.24%。对谐振子镀膜前后频差及Q值进行了测试,结果表明,镀膜前后频差值分别为0.0408Hz和0.0409Hz,变化0.0001Hz。镀制的内球面厚度均匀度较高,曲面均匀度控制在4%以内,其引起的质量缺陷对频差影响很小。镀膜前后Q值衰减了56.78%,100nm的金膜膜厚对谐振子Q值影响较大,极大的降低了Q值。
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