[其他]在金屬制件上制備硅擴散涂層的方法

無效

• 申請號: 86108935
• 申請日: 1986-12-11
• 公開（公告）號: CN86108935A
• 公開（公告）日: 1987-07-29
• 發明（設計）人: 阿萊詹德羅·利奧波多·卡布雷拉;約翰·弗朗西斯·柯納;羅伯特·阿爾文·朱勒;羅納德·皮爾蘭托喬
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: C23C10/08
• 分類號: C23C10/08
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 羅才希,盧新華

本發明涉及在金屬表面上制備擴散涂層的方法，特別是涉及制備硅擴散涂層的方法。

在先有技術中，已經知道，一個需要暴露在高溫下的反應性氣氛中的制件，可以先把它轉變成比母體物質具有更大惰性的制件，其方法是在該金屬制件上需要暴露于反應性氣氛中和/或高溫下的表面上沉積上金屬硅或氧化物的涂層。從實際看來，由于二氧化硅具有很高的熔點，并且在很多常見的氣氛系統中不發生反應以及它的催化活性很小，因此制備這樣的涂層是十分希望的。由于二氧化硅的催化活性很小，這個事實的重大價值在于，可把它用作使烴類蒸汽裂解以制造乙烯的工藝設備。由于在這類反應器中的暴露的金屬表面上涂覆上一層硅氧化物，因而可把能引起碳沉積在熱交換管上的副反應減小到最低限度。

有很多的方法已為眾所周知，并且可用來在金屬上制備一種滲硅的表面，它既可用來制備一種富硅的涂層，也可用來制備一種二氧化硅涂層。這些方法是：

1.熔融金屬或鹽浴處理;

2.密封滲鍍處理，通過裝填的固體與氣體發生反應，使就地產生一種揮發性硅的化合物，這樣可把硅轉移入金屬之中;

3.漿液/燒結處理，其方法是把含硅粉末的漿液涂覆到金屬上，然后干燥并燒結，以制備一種硅的涂層。在此類方法中，二氧化硅涂層的制備是把二氧化硅固體（例如用它的溶膠或溶膠凝膠）沉積上去并進行燒結;

4.通過一種氣體的或揮發性的硅化合物進行硅的化學蒸汽沉積;

5.通過一種氣體的硅源和一種含氧源進行二氧化硅的化學蒸汽沉積;

6.用熱噴涂法把熔融的霧化的含硅物質噴到金屬基體上;

7.硅的離子注入處理;

8.硅或氧化硅的物理蒸汽沉積。

硅的化學蒸汽沉積是一種最為滿意的方法，其理由很多，包括這樣一些因素，例如可在基體上產生均勻的涂層，使用的溫度較低并可任選地制備硅的擴散涂層，處理后只需極少的零件清洗工作，不需要高真空，以及還由于這樣的事實，即零件適合于連續處理，表面的清洗及最終處理皆易于進行。特別是，硅烷（SiH₄）是一種很有吸引力的硅源，因為它是一種僅含有氫及硅的氣體，這就避免了由其它氣體物質或能使硅樣品氣化的物質所引起的問題例如象工藝設備的腐蝕、或由鹵化物及其它反應引起的基體的揮發等，這些作用都會阻止生成擴散涂層，如碳沉積層及二氧化硅涂層等。

該方法包括用一種硅的鹵化物如SiCl₄，Si₂Cl₆等等與氫氣在待涂覆制件的表面上發生反應，總的反應結果是生成了金屬硅和氯化氫。在此方法中，置于1000℃（1832°F）以上溫度下的硅容易擴散進入基體金屬之中，形成固體溶液及金屬間化合物。這些擴散涂層特別令人滿意，因為在擴散涂層下面的基體及其表面的硅層之間，不管在組成上或在機械性質上都不存在突變的不連續性。但是，基于鹵素的方法具有很多缺點，這都與氯化氫及其它鹵素衍生物的反應性及腐蝕性有關系。例如，在反應中可能生成的氯化鐵是揮發性的，并因此引起的材料損失和/或基體上組分的改變將是嚴重的。