[發(fā)明專利]一種具有抗氧化特性的高熵硅化物薄膜的原位合成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111079326.4
• 申請日: 2021-09-15
• 公開（公告）號: CN113789503B
• 公開（公告）日: 2023-08-22
• 發(fā)明（設計）人: 胡俊華;馮南翔;曹國欽;楊非凡
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/02;C23C14/54;C23C14/58
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

本發(fā)明提供了一種具有抗氧化特性的高熵硅化物薄膜的原位合成方法。步驟如下：將Ti，Nb，Mo，W，Al，Zr，Cr，Ta，V多元素靶材切割組合成濺射靶材1，將Si靶材組成濺射靶材2，將濺射靶材1與DC直流電源相連，濺射靶材2與RF射頻電源相連，預濺射后采用共濺射的方法沉積多組元非晶硅化物薄膜；將得到的多組元非晶硅化物薄膜置于快速退火爐中，煅燒得到高熵硅化物薄膜。多組元非晶硅化物薄膜在高溫下原位自轉(zhuǎn)變形成均勻致密的高熵硅化物，具有良好的抗氧化效果。高的混合熵增強了元素間的互溶性，抑制了單獨化合物的形成。并且結(jié)合多種金屬與硅形成的高熵硅化物能阻止氧的內(nèi)擴散進而減緩氧化腐蝕的速率。

技術領域

本發(fā)明涉及防護涂層領域，具體涉及種具有抗氧化特性的高熵硅化物薄膜的原位合成方法。

背景技術

高熵合金（HEA）與傳統(tǒng)工程合金相比，HEA沒有主要元素，其合金成分比例較為均勻，通常由五種或五種以上等原子或近等原子濃度的主要金屬成分組成。許多HEA傾向于形成簡單的面心立方（fcc）和/或體心立方（bcc）型固溶體相，這一事實通常歸因于其高混合熵，其抑制了金屬間化合物或其他平衡相的形成。這種高熵合金熵值較高，具有熵穩(wěn)定特性，高熵合金具有一些優(yōu)異的性能，包括：高延展性和硬度；良好的耐磨性、耐腐蝕性和抗氧化性；和異常高的微觀結(jié)構穩(wěn)定性。

金屬硅化物作為一大類材料，由于其優(yōu)異的高溫抗氧化性、導電性和導熱性，在高溫抗氧化涂層等功能材料方面得到了廣泛的研究。例如，二硅化鉬（MoSi₂）被廣泛用作工業(yè)中溫度達到1800℃的電阻加熱元件。MoSi₂氧化在一定溫度范圍內(nèi)存在?“蟲害”現(xiàn)象。高熵硅化物（HES）更是具有低導熱系數(shù)、優(yōu)異的抗氧化性、良好的耐腐蝕性等優(yōu)點，這在很大程度上取決于HES的組成和結(jié)構。目前高熵硅化物陶瓷材料相關報道較少，用的方法大多是激光等離子體燒結(jié)技術，成本較高，且粉末加工容易氧污染，存在一定的雜質(zhì)，難以去除。尚未有關于高熵硅化物涂層的報道。

遠源等離子體濺射系統(tǒng)是一種新型、低成本、高效率、高質(zhì)量鍍膜技術，與基底結(jié)合力較強，薄膜均勻平整，成分可以精確調(diào)控。與其他鍍膜技術比較，遠源等離子體濺射系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：(1)與傳統(tǒng)磁控濺射相比，不會出現(xiàn)“刻蝕跑道”的現(xiàn)象，提高靶材利用率的同時也杜絕了因靶材中毒造成靶材廢掉的現(xiàn)象，(2)由于磁控濺射是通過永久磁鐵來提供磁場，如果使用帶有磁性的靶材，存在磁屏蔽效果，而遠源離子體濺射技術是利用電磁鐵產(chǎn)生的磁場，不會受到磁性材料的影響，從而提高靶材利用率。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明提出了一種具有抗氧化特性的高熵硅化物薄膜的原位合成方法。涂層制備采用遠源等離子體濺射系統(tǒng)（HiTUS），該技術制備的涂層成分均勻、結(jié)構致密、膜基結(jié)合力好。此外，本發(fā)明制備的多組元非晶硅化物涂層具有優(yōu)異的抗氧化性及良好的耐腐蝕性能，可應用于抗腐蝕器件的包殼材料，提高使用壽命。

實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案是：

一種具有抗氧化特性的高熵硅化物薄膜的原位合成方法，所述防護薄膜在初始狀態(tài)為多組元非晶硅化物結(jié)構，薄膜的厚度范圍為500-2000nm。

所述多組元非晶硅化物防護薄膜在熱驅(qū)動下，原位自轉(zhuǎn)變?yōu)楦哽毓杌锉∧ぁ?/p>

所述的高熵硅化物薄膜的制備方法，步驟如下：

（1）多組元非晶硅化物的制備

選用純Ti，純Nb，純Mo，純W，純Al，純Zr，純Cr，純Ta，純V，純Si靶材作為濺射靶材；靶材的厚度為2-8mm，直徑大小為3英寸，靶材成分為99.999%；

襯底清洗：采用單晶硅片作為鍍膜基底，拋光的基底依次用丙酮、酒精、以及去離子水進行超聲處理20分鐘，然后用高純氮氣氣槍吹干備用。