[發明專利]一種碳基鎢涂層及其制備方法

無效

• 申請號: 200710135109.6
• 申請日: 2007-11-08
• 公開（公告）號: CN101148102A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發明（設計）人: 陳照峰;張穎;王亮兵;吳王平
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B32B9/00
• 分類號: B32B9/00;C23C14/18;C23C14/02;C23C14/22;C23C14/54
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技術領域

本發明涉及一種鎢涂層及其制備方法，尤其是涉及一種碳基鎢涂層及其制備方法。

背景技術

鎢由于其高熔點、優良的導熱性能、低濺射產額和高自濺射閥值、以及低蒸氣壓和低的氚滯留性能，被認為是未來聚變堆最有希望的面對等離子體壁面材料。但是鎢及其合金非常重且難以加工，因此輕元素材料，如碳材料上的鎢涂層被世界各國的聚變科學家所廣泛采用。在ASDEX-U和TEXTOR托卡馬克裝置上進行了鎢涂層的限制器和偏濾器保護板試驗，大面積的W/C第一壁掛瓦試驗也在ASDEX-U上進行，試驗發現鎢與等離子體之間有較好的相容性。

目前，涂層的制作方法主要有真空等離子體噴涂、惰性氣體保護的等離子體噴涂、物理氣相沉積和化學氣相沉積等。物理氣相沉積和化學氣相沉積涂層不僅具有高的密度和純度，而且呈垂直于表面的柱狀晶粒結構，這一點對于高熱流部件是有益的，但它的高密度不利于應力的釋放，裂紋一旦形成將很容易擴展。而等離子體噴涂具有工藝簡單，造價較低且不受工件形狀限制及相當優良的高熱負荷性能等優點，其缺點是密度和純度都較低，晶界強度和噴涂顆粒間的結合力較差，在瞬態高熱負荷作用下會出現與脆性碳和碳基材料相同的大粒子發射，導致材料腐蝕嚴重和有害的雜質灰積累在等離子體中。另一方面，涂層相對較低的密度將有利于應力的釋放，形成所謂的裂紋俘獲機制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種碳基鎢涂層，其特征在于包含碳基體和鎢涂層兩部分，均勻致密且具有一定厚度的鎢涂層牢固地附著在碳基體表面。碳材料作為基體，優先選擇炭/炭復合材料和石墨。

本發明要解決的另一技術問題是提供一種碳基鎢涂層的制備方法，其特征在于采用雙輝等離子爐進行制備，包含下述順序的步驟：

(1)碳材料表面用晶相砂紙處理并超聲清洗，之后烘干。

(2)將碳基體放入雙輝爐陰極上，抽真空通入氬氣，將陰極電壓調節到300-350V，加熱清洗碳基體0.5h-2h。

(3)開爐將鎢板放入雙輝爐源極上，鎢靶和碳材料之間距離為10mm～20mm，關爐，抽真空通入氬氣，按照設定好的雙層輝光離子滲金屬工藝參數2小時～10小時。

(4)依據需求，將制備好的碳基鎢涂層在1000℃-1300℃進行高溫處理0.5小時～2小時。

本發明的優點在于：(1)鎢涂層沉積速度較快，大大提高了涂層制備的效率。(2)鎢靶和碳基體之間產生高密度的等離子云，大量的鎢原子不但覆蓋在碳基體表面，基體的側面和背面也包附了鎢涂層。(3)涂層表面致密，沒有出現裂紋。(4)涂層和炭/炭復合材料基體結合較好。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。

實施例1

選用炭/炭復合材料作為基體，設定采用雙層輝光離子滲金屬技術沉積鎢涂層的工藝參數：源極電壓950V，陰極電壓500V，氣壓50Pa，間距15mm，占空比0.8，沉積時間4h。將炭/炭復合材料表面用晶相砂紙處理并超聲清洗，之后烘干放入雙輝爐陰極上，抽真空通入氬氣，將陰極電壓調節到350V加熱清洗炭/炭復合材料基體0.5小時。開爐將鎢板放入雙輝爐源極上，關爐，抽真空通入氬氣，按照設定好的雙層輝光離子滲金屬工藝參數(包括源極電壓、陰極電壓、氣壓、極間距、占空比、沉積時間)進行鎢涂層的沉積；將制備好的碳基鎢涂層在1300℃高溫熱處理1h。

實施例2

選用石墨作為基體，設定采用雙層輝光離子滲金屬技術沉積鎢涂層的工藝參數：源極電壓950V，陰極電壓450V，氣壓40Pa，極間距10mm，占空比0.6，沉積時間6h。將石墨表面用晶相砂紙處理并超聲清洗，之后烘干放入雙輝爐陰極上，抽真空通入氬氣，將陰極電壓調節到300V加熱清洗石墨基體1h。開爐將鎢板放入雙輝爐源極上，關爐，抽真空通入氬氣，按照設定好的雙層輝光離子滲金屬工藝參數(包括源極電壓、陰極電壓、氣壓、極間距、占空比、沉積時間)進行鎢涂層的沉積。將制備好的碳基鎢涂層在1200℃高溫熱處理0.5小時。

實施例3

選用炭/炭復合材料作為基體，設定采用雙層輝光離子滲金屬技術沉積鎢涂層的工藝參數：源極電壓850V，陰極電壓550V，氣壓50Pa，極間距20mm，占空比0.8，沉積時間2h。將炭/炭復合材料表面用晶相砂紙處理并超聲清洗，之后烘干放入雙輝爐陰極上，抽真空通入氬氣，將陰極電壓調節到350V加熱清洗炭/炭復合材料基體1.5h。開爐將鎢板放入雙輝爐源極上，關爐，抽真空通入氬氣，按照設定好的雙層輝光離子滲金屬工藝參數(包括源極電壓、陰極電壓、氣壓、極間距、占空比、沉積時間)進行鎢涂層的沉積；將制備好的碳基鎢涂層在1200℃高溫熱處理2h。