[發明專利]低溫低壓制備氮化硼涂層的方法

在審

• 申請號: 201610022920.2
• 申請日: 2016-01-14
• 公開（公告）號: CN105669253A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 李愛軍;李琳琳;高鐵;王震;彭雨晴;白瑞成;吳彪;賈林濤
• 申請（專利權）人: 上海大學;中航商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: C04B41/87
• 分類號: C04B41/87;C23C16/44;C23C16/34;C23C16/56
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 顧勇華

技術領域

本發明涉及一種功能涂層材料的制備方法，特別是涉及一種界面相控制材料的制備方法，應用于化學氣相沉積法制備界面涂層材料制備技術領域。

背景技術

氮化硼具有輕質、耐高溫、抗氧化、抗熱震、耐腐蝕、優良的摩擦磨損性能和優異的介電性能等諸多優點，是新一代高性能航空剎車材料的理想候選材料，代表了耐高溫透波材料的發展方向，是目前陶瓷基復合材料中可選擇的理想的界面相控制材料，因此，在航空航天、冶金、核能、機械、電子等諸多領域具有廣泛的應用前景。

界面是陶瓷基體與纖維的“紐帶”，是復合材料的“心臟”，具有連接纖維與基體以及把基體的應力傳遞到纖維上的作用，其結構直接影響著復合材料的性能。氮化硼作為涂層界面材料使用時，通過纖維涂覆方法可以對纖維進行氧化保護、反應阻擋、力學傳載等。其中，最基本和關鍵的要求是能偏轉裂紋，提高材料的韌性。

BN界面的制備方法有很多種，主要包括液相法(也稱為浸漬-涂覆法)、化學氣相沉積法和碳熱還原法。其中較為常見的主要有CVD法和浸漬-涂覆法。CVD法對設備的要求高，影響界面性能的工藝參數較多，但所得的涂層的質量往往較高，是制備高質量界面材料的首選。文獻中指出，CVD/CVI(化學氣相滲透)制備氮化硼涂層界面的溫度應在1400~1800℃，但大量實驗證明，在該溫度范圍內，采用CVD/CVI法制備的氮化硼界面涂層，由于制備溫度過高，體系反應速率較大，一方面導致氮化硼界面涂層沉積速率過快而造成涂層厚度不易控制，另一方面，會導致氮化硼界面涂層滲透能力下降，不利于纖維編織件內部生成厚度均勻的界面涂層。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種低溫低壓制備氮化硼涂層的方法，在低溫條件下采用化學氣相沉積法，以獲得厚度均勻、沉積速率可控且結晶度較高的氮化硼涂層。

為達到上述發明創造目的，本發明采用下述技術方案：

一種低溫低壓制備氮化硼涂層的方法，其特征在于，包括以下步驟：

a．對沉積基底進行清洗，去除沉積基底表面的塵埃及其他污染物，干燥后放入等溫氮化硼化學氣相沉積爐的爐膛內；優選所述沉積基底為碳化硅、硅片、石墨、碳纖維、陶瓷纖維及其編織件中的任意一種；

b．排除等溫氮化硼化學氣相沉積爐中的空氣，按設定程序升溫，待爐溫達到設定沉積溫度300~800℃后，保溫，再按照設定氣體流量比向等溫氮化硼化學氣相沉積爐中通入稀釋氣體和反應氣體，所述稀釋氣體同時作為所述反應氣體的載氣，所述反應氣體分別采用BCl₃和NH₃作為硼源和氮源，各氣體流量比分別控制為NH₃/BCl₃=1~30，稀釋氣體/BCl₃=0~100，控制等溫氮化硼化學氣相沉積爐內的反應氣體壓力為1~130mbar，并控制沉積反應時間為0.5~20h；所述稀釋氣體優選采用高純氮氣和高純氬氣中任意一種氣體或兩種氣體的混合氣體；

c．在所述步驟b中進行的沉積反應結束后，停止向等溫氮化硼化學氣相沉積爐中通入反應氣體，繼續以稀釋氣體作為保護氣體，以5~20℃/min的速率快速升溫至1000~1800℃進行高溫熱處理，控制熱處理時間為0.5~10h；所述稀釋氣體優選采用高純氮氣和高純氬氣中任意一種氣體或兩種氣體的混合氣體；

d．在所述步驟c中進行的高溫熱處理完成后，關閉加熱系統，使沉積基底在保護性氣體的保護下隨爐自然降溫冷卻至室溫，即得沉積于沉積基底表面的氮化硼涂層。所述保護性氣體優選采用高純氮氣和高純氬氣中任意一種氣體或兩種氣體的混合氣體。

作為本發明優選的技術方案，在所述步驟b中，在向等溫氮化硼化學氣相沉積爐中通入反應氣體的同時，還通入催化氣體，氣體流量比控制為催化氣體/BCl₃=0~100，在所述步驟b中進行的沉積反應結束后，停止向等溫氮化硼化學氣相沉積爐中通入催化氣體。所述催化氣體優選采用氫氣。

作為上述方案中進一步優選的技術方案，在所述步驟b中，通過控制等溫氮化硼化學氣相沉積爐內的反應氣體壓力、沉積反應時間和各氣體流量比，來控制沉積于沉積基底表面的氮化硼涂層的厚度及沉積速率；在所述步驟c中，通過控制高溫熱處理溫度和熱處理時間對氮化硼的結晶度進行調節；最終在所述步驟c中得到沉積于沉積基底表面的均勻致密的氮化硼涂層。

本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點：