[發明專利]同腔原位復合沉積銥-氧化鋁高溫涂層設備與工藝

有效

• 申請號: 201710445375.2
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107119264B
• 公開（公告）日: 2019-03-08
• 發明（設計）人: 劉磊;呂俊;黃亞洲;楊俊杰;陳云飛;倪中華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: C23C16/455
• 分類號: C23C16/455;C23C16/40;C23C16/06
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 蔣昱

同腔原位復合沉積銥?氧化鋁高溫涂層設備與工藝，涉及化學氣相沉積技術領域。設備包括反應腔體系統、四條管路系統、真空系統和尾氣處理系統，系統之間通過管路密封連接。四種前驅體源置于源瓶中，源瓶與四條管路分別相連。通過四個氣動閥調控前驅體源的通入，N₂作為源的載氣，真空泵系統為設備提供一定真空度，尾氣處理處理系統對反應后產物進行處理后排放；通入Al(CH₃)₃、H₂O源，ALD沉積復合材料的Al₂O₃層，通入Ir金屬化合物、O₂源，ALD沉積復合材料的Ir層，將Ir化合物源通入反應腔內高溫分解，CVD沉積Ir層。按照復合涂層工藝方案沉積，得到耐高溫抗氧化、高粘附力、抗熱震的Re基Ir?Al₂O₃復合涂層材料。在航空航天、能源動力以及國防等領域具有廣泛的應用。

技術領域

本發明涉及涉及化學氣相沉積技術領域，特別是涉及同腔原位復合沉積銥-氧化鋁高溫涂層設備與工藝。

背景技術

高溫材料在航空航天、能源動力以及國防等領域具有廣泛的應用，而航空航天技術的飛速發展又對高溫材料提出了更高的要求，高溫材料已成為航天先進材料中的優先發展方向。金屬錸（Re）是一種具有六角結構的高熔點金屬（熔點為3180℃），因其熔點高、高溫強度大和具有一定的室溫塑性等一系列的優良勝能，在國外被廣泛應用于現代尖端技術,比如:熱離子發射材料,高溫發動機噴管等。但是其在高溫富氧工作環境下易于氧化，不能長期穩定服役。

金屬銥（Ir）不僅具有良好的抗氧化能力,而且還具有高熔點（熔點為2443℃）。另外, Ir與Re 在低溫區的熱膨脹匹配良好,這對于涂層復合材料來講是非常重要的性能。高溫下二者之間雖有一定的失配度，但由于金屬Ir在高溫下具有一定的塑性，可以期望通過Ir的高溫塑性流動來調和由于失配而產生的應變。此外可用化學氣相沉積法在Re 基體上沉積高質量Ir的粘附層，且涂層與基體結合牢固可靠。

國內從2006 年開始，開展第三代空間發動機抗高溫氧化涂層材料的研究，借鑒美國的成功經驗，采用Re 基體和Ir 涂層的結構。國內研究機構分別采用了兩種技術途徑開展Ir 涂層的研究工作，昆明貴金屬研究所采用化學氣相沉積（CVD）技術制備的金屬Re 作為燃燒室的主體材料，在燃燒室的內表面，采用CVD 沉積的Ir涂層作為Re 的抗氧化防護涂層；航天材料及工藝研究所采用粉末冶金技術制造Re 基體，利用電沉積技術在Re 基體內部沉積Ir 涂層。但經過十多年的研究，到目前為止，我國始終未能攻克Ir 涂層制備的關鍵科學問題，成為發展高性能發動機的瓶頸。

Ir 涂層研制中出現的問題主要包括涂層被高濃度強氧化劑腐蝕穿透、在高溫下被燒穿以及熱震試驗中涂層脫落等幾類問題。基體Re 向Ir 層晶界擴散、微納孔洞導致的Ir 涂層氧化以及由應力導致的涂層脫落是Ir 涂層失效的主要原因。問題的根源是傳統的CVD沉積Ir涂層過程是島狀成核的柱狀晶生長，涂層中存在大量不可避免的缺陷和晶界。

原子層沉積（ALD）技術是一種特殊的化學氣相沉積技術，是將氣相前驅體交替地通入反應室并在沉積基體表面發生氣-固化學反應形成薄膜的一種方法，ALD前驅體的狀態可以是氣體、液體或固體，一般要求其在工作源溫時的蒸氣壓不小于0.1 Torr。ALD 技術能有效抑制缺陷的生成，獲得高致密、高阻隔的涂層且原子層沉積在生長相同材料的薄膜時，理論上可以保證薄膜與基底之間有更大的結合力。但缺點ALD 是逐層生長，沉積速率極低。

發明內容