等离子喷涂-物理气相沉积Si/莫来石/Yb2SiO5环境障涂层

采用等离子喷涂-物理气相沉积技术(PS-PVD)在SiC/SiC复合材料表面依次制备了Si(底层)、3Al₂O₃-2SiO₂ (中间层)、Yb₂SiO₅(面层)环境障涂层(EBC)。利用扫描电子显微镜(SEM)观察分析EBC涂层表面与界面的微观形貌, X射线衍射仪对喷涂过程中易非晶化的莫来石涂层进行物相分析, 研究了喷涂粉末与高温等离子体的相互作用并探讨了EBC涂层的沉积机制。结果表明：通过PS-PVD技术可制备出低孔隙率、高致密界面的EBC涂层。通过观察EBC涂层表面, Si涂层表面无裂纹, 而莫来石和Yb₂SiO₅涂层表面均发现有微裂纹, 其中莫来石涂层表面的裂纹尺度大于Yb₂SiO₅涂层。三层结构的致密EBC涂层以液相沉积为主, 同时伴随有气、固沉积。在Yb₂SiO₅涂层沉积过程中, 液相沉积导致涂层为致密的层状结构, 蒸发后气相在等离子焰流中及基体表面发生均匀形核和非均匀形核导致涂层中出现大量的纳米晶粒, 而微熔粒子和溅射粒子则形成涂层中亚微米、微米晶粒。     

低压沉积温度对MoSi2涂层微观结构与性能影响

以SiCl₄和H₂为原料,采用低压化学气相沉积（LPCVD）渗硅法在Mo基体表面原位反应制备了MoSi₂涂层,研究了沉积温度对MoSi₂涂层微观形貌、物相组成、沉积速率、涂层的硬度、涂层与基体结合强度的影响. 研究结果表明：在1100~1200℃下制备的涂层结构致密,由单一MoSi₂组成,沉积速率、涂层的硬度以及与基体的结合强度均表现为増加的趋势;当沉积温度高于1200℃,涂层出现开裂现象,由游离Si和MoSi₂两相组成,涂层沉积速率、硬度和结合强度均出现下降的趋势. 1100℃以下沉积的主要控制步骤为Si与Mo反应,而1100℃以上Si在涂层中的扩散对沉积过程起控制作用.     

电子束物理气相沉积技术研究进展

电子束物理气相沉积是真空蒸发技术的一种,具有蒸发速率高和无污染的特点,目前广泛应用于材料表面涂层的制备.将离子束辅助和等离子辅助与电子束物理气相沉积技术相结合,可以提高蒸发粒子入射能量和扩散能力,改善由于电子束物理气相沉积工艺本身存在阴影效应和扩散能力低而引起的沉积材料的不致密等不足.介绍了电子束物理气相沉积技术的概况,并展望了该技术的未来应用及发展前景.     

低温化学气相沉积SiC涂层沉积机理及微观结构

由MTS-H2体系在1000～1300℃沉积了SiC涂层,研究了SiC涂层沉积速率和温度之间的关系,MTS-H2体系沉积反应的平均活化能为114kJ/mol,用理论模型证明了低温化学气相沉积SiC为动力学控制过程.SiC涂层表面的显微结构随沉积温度变化而呈现规律的变化:沉积温度T<1150℃时,CVD SiC涂层表面致密、光滑;T≥1150℃时,CVD SiC涂层表面变得疏松、粗糙.随着沉积温度的升高,CVD SiC涂层的结晶由不完整趋向于完整;当沉积温度T≥1150℃,CVD SiC涂层的XRD谱图中除了β-SiC占主体外还出现了少量α-SiC.     

化学气相沉积法制备SiC/SiO2梯度复合涂层的热力学分析

SiC/SiO2复合涂层是显著改善先进高温气冷用石墨抗氧化性能的一个理想涂层体系,但目前其优化的化学气相沉积工艺还未见诸报道.本研究利用HSC-CHEMISTRY 4.1分析了化学气相沉积工艺对制备的SiC/SiO2复合涂层的影响.分析结果表明:载气中加入足够的氢气对制备不含杂质的SiC/SiO2复合涂层很有必要;合适的沉积温度为1100～1200℃;最佳反应物浓度为:SiCl4摩尔分数为1%～2%,沉积SiC涂层时CH4与SiCl4的摩尔比为1,沉积SiO2涂层时水蒸气与SiCl4摩尔比为2,通过逐渐改变CVD气氛中的水蒸气与CH4的比例来沉积SiC/SiO2梯度过渡层.     

三级化学气相沉积法制备SiC纤维的微观组织结构

以甲基三氯硅烷和乙炔为源气体,用直流电热三级化学气相沉积法制备了带有碳涂层的钨芯SiC纤维,利用扫描电子显微镜、激光拉曼光谱仪和透射电子显微镜等方法观察了纤维的微观组织结构.结果表明,所制备的SiC纤维由钨芯、W/SiC界面反应层、两层SiC和表面碳涂层组成.纤维中的SiC主要为β-SiC,而且有明显的111择优取向,沉积过程中出现的Si共沉积等缺陷,导致其晶格紊乱.拉曼光谱分析表明,乙炔裂解得到的表面碳涂层由无定型碳和石墨组成.     

沉积温度及热处理对低压化学气相沉积氮化硅涂层的影响

以SiCl₄-NH₃-H₂为前驱体, 在750~1250 ℃范围内通过低压化学气相沉积技术于碳纤维布上制备氮化硅涂层, 系统研究了沉积温度对氮化硅涂层的生长动力学、形貌、化学组成和结合态的影响。研究结果表明, 在沉积温度低于1050 ℃的情况下, 随着沉积温度的升高, 沉积速率单调增大。而当沉积温度高于1050 ℃时, 沉积速率随温度升高逐渐下降。在整个沉积温度范围内, 随着沉积温度的升高, 涂层表面形态逐渐向菜花状转变, 同时涂层表面变得愈加粗糙。涂层的最佳沉积温度在750~950 ℃之间。随着沉积温度的升高, 涂层中氮含量先降低后升高, 而硅含量不断增加, 氧含量在整个温度范围内逐渐降低。原始沉积涂层均呈无定形态, 经高于1300 ℃热处理后实现晶化, 并伴随着表面形貌的显著变化。此时涂层仅由a-Si₃N₄构成, 不存在任何b-Si₃N₄相。     

化学气相沉积与渗透过程中热解炭织态结构生成机理研究

为研究热解炭织态结构的生成规律，采用不同压强的甲烷为碳源，在1100℃条件下进行了化学气相沉积和化学气相渗透实验。化学气相沉积以具有不同表面积／自由体积比（[A／V]值）的直通方形多孔陶瓷为基体；化学气相渗透实验在直径为1mm细直孔内表面沉积和对炭纤维体积分数为7％的炭毡进行致密化。借助正交偏光显微镜（消光角）和透射电子显微镜（定向角）对在不同实验条件下制备的热解炭进行分析和定量表征。研究发现：热解炭的织态结构可以在两种不同的沉积条件下形成。当甲烷压强较低时为化学生长阶段；当甲烷压强较高时为物理形核阶段。在化学生长控制阶段，热解炭的织态结构可以利用之前提出的“颗粒填充模型（P-F模型）”加以解释。该模型假设高织构热解炭的沉积一定对应于气相中存在具有合适比例的芳香化合物（例如苯）和线性小分子（主要是C2H2），当二者的浓度比偏离该最优比（或者偏大，或者偏小），均将导致中织构甚至低织构热解炭的生成。在化学生成控制阶段，化学气相沉积和化学气相渗透对热解炭织态结构影响的差别，除了[A／V]值而外，还有氢气的作用。在化学气相渗透过程中，基体内部生成的氢气快速扩散至基体表面，使内外沉积速率和织态结构均发生较大变化。     

等离子喷涂-物理气相沉积的气相沉积机理

以等离子喷涂-物理气相沉积(PS-PVD)喷涂团聚的 ZrO₂-7wt%Y₂O₃(7YSZ)粉末在五个喷距下制备了热障涂层。通过场发射-扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)分析了五个涂层样品的微观结构和相成分差异。另外, 通过发射光谱(OES)诊断研究了射流中7YSZ粉末气相浓度随喷距的变化。最后, 阐述了3种不同的气相沉积涂层生长机制, 说明了射流中粉末的状态和气相浓度对涂层结构的影响。研究表明：(1)350 mm和1800 mm喷距下形成的均是致密结构涂层, 而650~1250 mm喷距下形成的是典型的PS-PVD柱状结构涂层。(2)350 mm喷距下制备的涂层由四方相(t’)和单斜相(m)氧化锆构成; 当喷距大于650 mm时, 涂层以四方相(t’)氧化锆为主。(3)350 mm喷距下涂层是由高浓度气相过饱和自发形核形成的新核和液/固粒子共同作用形成的; 喷距650~1250 mm下, 涂层生长以气相沉积于基体进行非自发形核为主, 气相在射流中的自发形核为辅; 喷距1800 mm下涂层由气相过冷凝固的粒子堆积而成。     

电泳沉积-烧结制备石墨材料SiC涂层的研究

采用电泳沉积法在石墨基体上制备厚度可控的Si涂层,考察了电泳沉积参数(电压、沉积时间、固含量及添加剂量)对涂层沉积量的影响.所制备的Si涂层通过烧结与石墨基体发生在位反应形成SiC涂层.用SEM观察涂层烧结前后的形貌,发现烧结后Si渗入基体内部.孔径分布数据表明所形成的SiC涂层导致石墨孔径变小.实验提供了一种制备SiC涂层的新方法,电泳沉积一烧结可用于C/SiC复合材料的制备.     

CH与聚变材料Be相互作用的分子动力学模拟

采用分子动力学方法模拟了不同能量的CH粒子与聚变材料Be的相互作用。根据托卡马克中的环境,入射粒子CH的模拟入射能量分别设定为低能量(1,5,10,25 eV)和高能量(50,100,150,200 eV),其中碳的沉积率随能量的增大逐渐增加,而氢的沉积率恰好相反。当CH粒子的入射能量为低能量时,Be样品表面形成一层碳氢膜;且其膜厚度越来越薄,并且形成一个厚度逐渐增加中间层;当入射能量为高能量时,样品中的Be原子溅射越来越大,入射粒子在样品中的入射深度越来越深,对样品的破坏越来越大,且会在样品中形成一个C反应层。     

在氧化铁表面沉积热解炭及其气化与还原

采用流动反应器研究了丙烯热解和在铁黄颗粒表面生成热解炭的化学热力学以及化学气相沉积（CVD）过程。发现在600oC之前丙烯热解发生的化学气相沉积基本为表面反应过程；在热解炭沉积过程中铁黄颗粒的比表面积迅速减少，同时由于脱去水分而发生失重；随着温度的升高，Fe2O3逐渐被还原为Fe3O4和FeO，在800℃以上Fe2O3完全被还原为Fe3C。在化学气相沉积过程中，500℃以前铁黄可以保持大长径比形貌，在600℃～700℃之间则生成长径比较小的哑铃型颗粒。非球形氧化铁颗粒在氢气还原过程中能够保持原有形状，同时被还原成为单质铁。上述化学气相沉积和气化过程可以用于制备热解炭包覆的或者纯净的非球形铁颗粒材料。     

Si/Mullite/Er2SiO5新型环境障涂层的1350℃氧化行为

采用化学气相沉积与等离子喷涂相结合的方法在SiC/SiC复合材料表面制备了Si/Mullite/Er2SiO5新型环境障涂层,并研究了其在1350℃下的氧化行为。通过SEM、EDS和XRD分析了环境障涂层在氧化过程中的结构成分变化。结果表明:带有Si/Mullite/Er2SiO5环境障涂层试样氧化增重动力学曲线符合对数规律,前期氧化速率较高,随着氧化时间的增加逐渐趋于稳定,可以在1350℃下工作达400h。涂层失效主要是由于氧元素通过涂层扩散至黏结层与基体,使得黏结层与基体氧化,降低了黏结强度,从而使得涂层发生剥落。氧化试验过程中产生的纵向裂纹成为元素扩散通道,加速了氧化失效。     

包埋浸渗/气相沉积二步法在C/C复合材料表面制备SiC涂层

采用包埋浸渗法和化学气相沉积(CVD)法相结合在炭/炭(C/C)复合材料表面制备了SiC涂层, 借助扫描电镜、能谱分析以及X射线衍射等检测手段对涂层的微观组织形貌、元素分布和物相组成进行了观察与分析. 结果表明:包埋法制备的SiC涂层与C/C复合材料基体的界面处形成了梯度过渡层, CVD法制备的涂层十分致密, 有效填充了包埋SiC涂层中的孔隙, 因此, 二步法制备的SiC涂层具有良好的防氧化性能, 涂层试样在1500℃静态空气中氧化60h失重率仅为2.01%. 试样失重的主要原因是其在高低温热循环过程中氧气从涂层中的微裂纹扩散至基体表面, 从而引起基体氧化所致.     

化学气相沉积

20030401 化学气相沉积Ti-Si-C-N新型涂层——Kao D H.TheSolid Film,2002,419(11):11(英文) 探讨了常压下TiCl_4,SiCl_4,C_2H_2,NH_3和Ar作反应气体,用化学气相沉积方法制备的Ti-Si-C-N四元复合涂层。为了降低沉积温度,改变了过去常用的工艺条件,以NH_3取代N_2。在不同的沉积温度和SiCl_4流量的工况下,研究了四元涂层的沉积过程。当涂层厚度为4.5～20.0μm时,生长速率较快(9.0～40.0μm/h),且与工艺参数有关。值得注意的是:在各种温度下SiCl_4的流量会影响涂层的组织、成分和生长动力学。涂层硬度为11.5～20.3GPa时,且与沉积温度和SiCl_4供量有关。     

制备工艺对CVD Si3N4涂层沉积速率的影响

采用HSiCl3-NH3-N2(稀释气体)体系在石英陶瓷基板上通过低压化学气相沉积(LPCVD)法沉积出了Si3N4涂层,研究了工艺条件对涂层沉积速率的影响.结果表明,在没有稀释气体的情况下,随着沉积温度升高,Si3N4涂层的沉积速率逐渐增加,在850℃附近达到最大值,随着反应温度的进一步升高,涂层沉积速率下降.当存在稀释气体时,在所选温度范围内随着沉积温度的升高,Si3N4涂层的沉积速率一直增大,反应的表观活化能约为222KJ/mol.随着原料中NH3/HSiCl3流量比值的增大,Si3 N4涂层的沉积速率逐渐增加,随后稳定,但稍有下降趋势.在所选稀释气体流量范围内,Si3N4涂层的沉积速率随着稀释气体流量的增加而增大.     

分子动力学模拟不同入射能量的SiF2与SiC的相互作用

采用分子动力学模拟方法研究了入射能量对SiF2与SiC样品表面相互作用的影响。本次模拟选择的入射初始能量分别为0.3,1,5,10和25 eV。模拟结果显示SiF2分解率与Si和F原子的沉积率有密切的关系。沉积的Si和F原子在SiC表面形成一层SixFy薄膜。随入射能量的增加,薄膜厚度先增加后减小,薄膜中Si-Si键密度增大。构成薄膜的主要成分SiFx(x=1~4)中主要是SiF和SiF2,随入射能量的增加,薄膜成分由SiF2向SiF转变。     

化学气相沉积法制备SiC纳米线的研究进展

SiC纳米线具有优良的物理、化学、电学和光学等性能,在光电器件、光催化降解、能量存储和结构陶瓷等方面得到广泛应用.其制备方法多种多样,其中化学气相沉积法(CVD)制备SiC纳米线因具有工艺简单、组成可控和重复性好等优点而备受关注.近年来,在化学气相沉积法制备SiC纳米线以及调控其显微结构方面取得了较多成果.采用Si粉、石墨粉和树脂粉等低成本原料以及流化床等先进设备,通过化学气相沉积法制备出线状、链珠状、竹节状、螺旋状以及核壳结构等不同尺度、形貌各异的SiC纳米线,并且有的SiC纳米线具有优良的发光性能、场发射性能和吸波性能等,为制备新型结构和形貌的SiC纳米线及开发新功能性的SiC纳米器件提供了重要参考.目前,未添加催化剂时,利用气相沉积法制备的SiC纳米线虽然纯度较高,但存在产物形貌、尺度和结晶方向等可控性差,制备温度较高和产率相对较低的问题.而添加催化剂、熔盐以及氧化物辅助可明显降低SiC纳米线的制备温度,提高反应速率以及产率,但易在SiC纳米线中引入杂质.将来应在提高SiC纳米线的纯度、去除杂质方面开展深入研究;还应注重低成本、规模化制备SiC纳米线的研究,采用相应措施调控SiC纳米线的显微结构,以拓宽SiC纳米线的应用领域.本文综述了目前国内外采用化学气相沉积制备SiC纳米线的方法,分析总结了无催化剂、催化剂、熔盐以及氧化物辅助等各种制备方法的优缺点,并对未来的研究进行展望,期望为SiC纳米线的低成本、规模化制备和应用提供理论依据.     

CVD SiC致密表面涂层制备及表征

考察了沉积温度、稀释气体流量对化学气相沉积(CVD)SiC涂层的显微结构及晶体结构的影响,分析得出:沉积温度为1100℃,稀释气体Ar流量<400mL/min时,制备的SiC涂层晶体结构完整、致密.在该制备工艺条件下沉积的SiC涂层密度为3.204 g/cm3,显微硬度为HV 4459.2,弹性模量为471GPa,涂层具有优异的光学加工性能,光学加工后表面粗糙度为0.429nm,能满足光学应用的要求.     

丙烯化学气相沉积热解碳的原位动力学

以丙烯为气源,在800℃～1200℃进行化学气相沉积热解碳。研究了温度、压力和滞留时间对沉积速率和气相产物的影响。采用磁悬浮天平原位实时称量反应过程中的固相产物进行动力学研究;采用气相色谱和质谱联用半定量分析了反应过程中的气体产物。动力学研究结果表明, 800℃～1000℃内活化能为137 kJ/mol±25 kJ/mol,沉积过程为化学动力学控制;高于1000℃时,沉积行为由气相分子的传质和气相成核控制。压力和滞留时间对沉积速率的影响说明,热解碳是经过一系列气相反应和固体表面反应后获得。气相产物分析说明,不同控制机制时形成热解碳的主要物质不同。在此基础上提出了丙烯分解形成热解碳的机制。