[發明專利]具有類柱狀晶的鋯酸釓薄膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201811037999.1
• 申請日: 2018-09-06
• 公開（公告）號: CN109023300B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 劉斌;朱昌華;王多金;楊光;陳宏飛;高彥峰
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: C23C16/40
• 分類號: C23C16/40;C23C16/448;C23C16/455;C23C16/48
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲;鄭優麗

本發明涉及具有類柱狀晶的鋯酸釓薄膜及其制備方法，所述鋯酸釓薄膜的形貌為類柱狀晶，所述鋯酸釓薄膜中釓與鋯原子比為（0.19～1.72）：1。

技術領域

本發明涉及一種組分可調的類柱狀晶鋯酸釓薄膜及其制備方法，特別是一種以鋯、釓的有機鹽為前驅體，通過LCVD制備組分可調的類柱狀晶鋯酸釓的方法。

背景技術

目前已在航空航天領域大量應用的熱障涂層，一般由MCrAlY金屬粘結層和Y₂O₃穩定的ZrO₂(YSZ)陶瓷層組成，具有高熔點、低熱導率、高熱膨脹系數等很多優勢。但YSZ在溫度高于1200℃時會發生高溫相變以及耐鈣鎂鋁硅酸鹽(CMAS)腐蝕性能差。相比于YSZ涂層，燒綠石結構的鋯酸釓涂層具有更好的高溫穩定性和更低的熱傳導率。鋯酸釓可以在1550℃以下均有可以保持相穩定性，這比YSZ的相變溫度高出350℃，并且具有很好的耐CMAS的腐蝕性能。研究表明，無論是鋯酸釓的熱學性能還是電學性能，都是以通過鋯酸釓組分調整，如本征組分調整或者摻雜，來改變。那么我們可以通過化學方法來連續調控鋯酸釓涂層的組分，近而擴展或優化其應用的范圍和性能。

鋯酸釓涂層已經可以用很多種方法來制備，例如EB-PVD、APS、SPS等，但是這些方法都是以物理沉積的方式來實現涂層的制備。物理方法可以達到高速、高效沉積效果，美中不足的是它無法實現涂層組分的連續調控，從而限制其應用范圍以及使用性能。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種涂層組分的連續調控的鋯酸釓薄膜及其制備方法。

一方面，本發明提供了一種鋯酸釓薄膜，所述鋯酸釓薄膜的形貌為類柱狀晶，所述鋯酸釓薄膜中釓與鋯原子比為(0.19～1.72)：1。

較佳地，所述鋯酸釓薄膜的熱導率為0.92～0.96W/(m·K)。

另一方面，本發明還提供了一種上述的鋯酸釓薄膜的制備方法，包括：

(1)分別將釓的有機鹽和鋯的有機鹽加熱至250～300℃和320～380℃，得到前驅體氣體a和前驅體氣體b；

(2)通入第一載氣與前驅體氣體a形成混合氣體A，通入第二載氣與前驅體氣體b形成混合氣體B；

(3)再將混合氣體A和混合氣體B混合后再與反應氣體混合，得到混合氣體C；

(4)將置于反應腔體內的反應基片升溫至700～1000℃并進行激光輻照，然后將混合氣體C通過噴頭噴向反應基片開始反應10～20分鐘，得到所述鋯酸釓薄膜。

在本發明中，首次分別采用將釓的有機鹽和鋯的有機鹽加熱至250～300℃(優選255～275℃)和320～380℃(優選345～365℃)，得到前驅體氣體a和前驅體氣體b(進一步優選釓的有機鹽和鋯的有機鹽的加熱溫度的溫差至少＞50℃)，以避免出現氣體分層現象，并保證兩種前驅體氣體的混合氣體同時到達混合室，并在實現混合均勻。再然后通入第一載氣與前驅體氣體a形成混合氣體A，通入第二載氣與前驅體氣體b形成混合氣體B。將混合氣體A和混合氣體B混合后再與反應氣體混合，得到混合氣體C。最后開始鋯酸釓薄膜的生長，最終得到具有更大應力容限、結合力更大和性能穩定的形貌為類柱狀晶的鋯酸釓薄膜。若將釓的有機鹽和鋯的有機鹽混合并進行加熱處理和生長，所得類柱狀晶薄膜的物相呈現為分層現象，其下層是氧化釓+鋯酸釓，上層為鋯酸釓+氧化鋯或只有氧化鋯。

較佳地，所述釓的有機鹽和鋯的有機鹽的摩爾比為(0.2～1.4)：1，優選為(0.5～1.4)：1。

較佳地，所述加熱的升溫速率為10～15℃/分鐘。

較佳地，所述釓的有機鹽為：2、2、6、6四甲基3、5庚二酮釓和/或乙酰丙酮釓；所述鋯的有機鹽為：2、2、6、6四甲基3、5庚二酮鋯和/或乙酰丙酮鋯。