[發(fā)明專利]硼化鉭復(fù)合涂層的制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710579774.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107287547A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊勇;崔宇航;褚振華;楊振瓏;陳學(xué)廣;王磊;董艷春;張建新;閻殿然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C4/06
• 分類號(hào): C23C4/06;C23C4/134;C23C4/129;C23C4/126
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)12210
• 代理人: 胡安朋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的技術(shù)方案涉及硼化物對(duì)金屬材料的涂覆，具體地說(shuō)是硼化鉭復(fù)合涂層的制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，對(duì)航天、航空材料提出了更高的要求，要求材料能在高速超高溫的嚴(yán)苛條件下正常使用，并且具備較低的熱膨脹系數(shù)、較高的強(qiáng)度、耐高溫和耐磨耐蝕的性能。硼化鉭(TaB₂)是過(guò)渡族金屬鉭的硼化物，屬于六方AlB₂晶體結(jié)構(gòu)，作為優(yōu)良的超高溫陶瓷(UHTC)材料，其最高熔點(diǎn)為3200℃，有較高的硬度，在高溫下強(qiáng)度大、耐熱性和抗氧化性好，有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，化學(xué)穩(wěn)定性好和熱沖擊阻力大，有良好的耐磨耐蝕性等特性，已被用于空間飛行器的熱保護(hù)系統(tǒng)、耐火坩堝、等離子弧電極和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域，且作為硬質(zhì)材料或復(fù)合材料增強(qiáng)體也得到了廣泛應(yīng)用。但是，硼化鉭塊體材料的制備工藝復(fù)雜，由于熔點(diǎn)較高，不僅燒結(jié)溫度較高和制備周期較長(zhǎng)，且存在難以獲得致密的大尺寸部件的難題，限制了它在苛刻作業(yè)環(huán)境下的應(yīng)用。

目前，制備硼化鉭復(fù)合涂層的方法包括：無(wú)壓燒結(jié)法、氣相沉積法、原位反應(yīng)法和熱噴涂法。

(1)無(wú)壓燒結(jié)法是指在正常壓力下,將原料粉按一定比例在球磨機(jī)中混合后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)制備涂層的過(guò)程。CN201110439142.4公開(kāi)了一種制備炭/炭復(fù)合材料超高溫抗氧化涂層的方法，以ZrB₂粉體、SiC粉體、TaB₂粉體和Sc₂O₃粉體為原料，在沒(méi)有施加壓力的情況下進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)從而制得ZrB₂-SiC-TaB₂-Sc₂O₃高溫抗氧化復(fù)合涂層。然而，這種方法存在以下缺點(diǎn)：由于在燒結(jié)過(guò)程中不施加壓力,超高溫陶瓷復(fù)合材料很難致密,需要采用較高的燒結(jié)溫度或添加燒結(jié)助劑，而高溫?zé)Y(jié)會(huì)導(dǎo)致晶粒過(guò)分長(zhǎng)大,對(duì)所制得材料的力學(xué)性能極為不利。

(2)氣相沉積法可分為化學(xué)氣相沉積(CVD)和物理氣相沉積(PVD)：

化學(xué)氣相沉積是把一種或幾種含有構(gòu)成薄膜元素的化合物或單質(zhì)氣體通入放置有基材的反應(yīng)室，借助空間氣相化學(xué)反應(yīng)在基體表面上沉積固態(tài)薄膜的工藝技術(shù)。首先將含有構(gòu)成涂層元素的化合物和單質(zhì)原料注入到放置有基體的反應(yīng)室內(nèi)，然后在一定條件下原料發(fā)生分解、合成、擴(kuò)散和吸附的過(guò)程，最終在基體表面形成薄膜。反應(yīng)的類型主要包括：熱分解、氫還原、金屬還原、化學(xué)傳輸和氧化。CN201611034977.0公布了一種制備硼化鋯/鉿-硼化鉭復(fù)合涂層的制備方法，以ZrCl₄和TaCl₅粉末為原料，BCl₃和H₂為還原氣體，Ar氣作為載氣和保護(hù)性氣體，采用化學(xué)氣相共沉積法制備二硼化鋯-硼化鉭復(fù)合涂層。該方法的主要缺點(diǎn)是：1)所得涂層厚度太小，沉積效率低，生產(chǎn)效率低，制備較厚涂層困難；2)基體需要局部或某個(gè)表面沉積薄膜時(shí)很困難；3)參加沉積反應(yīng)的反應(yīng)源和反應(yīng)后的余氣多為有毒易燃易爆氣體，操作起來(lái)比較危險(xiǎn)，且污染環(huán)境；4)對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格，往往需要設(shè)備具有耐蝕性，導(dǎo)致制備成本很高。

物理氣相沉積是指在真空條件下，利用物理方法，將材料源—固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過(guò)低壓氣體或等離子體過(guò)程在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。CN 201610824620.6公布了一種難熔金屬硼化物的高溫光譜選擇性吸收涂層的制備方法，采用磁控濺射真空鍍膜技術(shù)在TaB₂靶材上制備TaB₂-Al₂O₃復(fù)合涂層，復(fù)合膜厚度為65nm，且TaB₂呈納米晶態(tài)，Al₂O₃呈非晶態(tài)。該方法的主要缺點(diǎn)是沉積效率低，制備較厚涂層困難，膜基結(jié)合力弱，鍍膜不耐磨，化學(xué)雜質(zhì)難以去除，且設(shè)備復(fù)雜，一次投資大。