化學(xué)氣相沉積制備ZnS的顯微結(jié)構(gòu)和性能研究.pdf

1、ZnS是一種性能優(yōu)異的紅外窗口材料，在軍用紅外系統(tǒng)中有重要的應(yīng)用。采用化學(xué)氣相沉積工藝制備的ZnS多晶(簡(jiǎn)稱CVD ZnS)具有純度高、質(zhì)地均勻、低散射、低吸收和低高溫輻射等優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)于采用其他工藝制備的產(chǎn)品。 制備CVD ZnS的化學(xué)反應(yīng)方程式為：H2S(g)+Zn(g)→ZnS(s)+H2(g)，沉積過(guò)程受輸運(yùn)控制，通過(guò)增大反應(yīng)物濃度來(lái)提高沉積速率。反應(yīng)物氣體流形、抑制粉末和瘤狀生長(zhǎng)以及消除拱曲，是制備CVD ZnS的關(guān)鍵

2、控制因素。 對(duì)不同工藝參數(shù)制備的CVD ZnS樣品進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)測(cè)試分析，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果后發(fā)現(xiàn)：CVD ZnS晶粒形貌異常主要與沉積速率和反應(yīng)物Zn/S比例有關(guān)，沉積速率過(guò)大或Zn/S比例小于1易導(dǎo)致大晶粒和柱狀晶形貌；CVD ZnS體內(nèi)六方相的形成與H2S的分解有直接關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)只有同時(shí)滿足Zn/S比例大于1且沉積壓力不大于5000Pa的情況下，沉積的ZnS不含有六方相；CVDZnS的晶粒尺寸隨沉積溫度的升高呈近似指數(shù)上升趨勢(shì)

3、，經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式為：y=8.57×exp(x/41.2)+1.61 對(duì)不同工藝參數(shù)制備的CVD ZnS樣品進(jìn)行了力學(xué)性能測(cè)試分析，樣品表現(xiàn)出的力學(xué)性能與制備工藝密切相關(guān)：斷裂強(qiáng)度在沉積溫度670℃～700℃之間時(shí)達(dá)到極大值，沉積溫度高于700℃時(shí)斷裂強(qiáng)度隨沉積溫度的升高而下降，符合Hall-Petch關(guān)系；沉積溫度低于670℃時(shí)斷裂強(qiáng)度隨沉積溫度的升高而升高，是由于低溫沉積內(nèi)應(yīng)力大，易產(chǎn)生微裂紋所致。當(dāng)反應(yīng)物Zn/S比例顯著小于1時(shí)

4、，ZnS的斷裂強(qiáng)度大幅度下降；生長(zhǎng)速度對(duì)斷裂強(qiáng)度沒有顯著影響。CVD ZnS的硬度與沉積溫度符合Hall-Petch關(guān)系，經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式為：H=494955.58637 exp(-T/46.62953)+0.95458 對(duì)不同工藝參數(shù)制備的CVD ZnS樣品進(jìn)行了光學(xué)性能測(cè)試分析，發(fā)現(xiàn)：CVDZnS的透射性能與沉積溫度、反應(yīng)物Zn/S比例和沉積速率有關(guān)，沉積溫度處于650℃～660℃，Zn/S比例大于1以及較低的沉積速率(低于70u