化學(xué)氣相沉積HfC陶瓷涂層的制備和結(jié)構(gòu).pdf

1、HfC具有優(yōu)異的物理化學(xué)性能，是C/C復(fù)合材料高溫抗燒蝕涂層材料的理想選擇。本文采用HfCl4-CH4-H2-Ar為體系，利用低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)在C/C復(fù)合材料基體上制備了HfC陶瓷涂層。研究了沉積溫度、反應(yīng)前驅(qū)體碳鉿比、氫氣濃度等工藝參數(shù)對涂層沉積速率、晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織和力學(xué)性能的影響，并對其影響機(jī)制進(jìn)行了分析。
　　 1400～1600℃沉積時(shí)，隨著沉積溫度的升高，涂層沉積速率增大，涂層晶體擇優(yōu)取向由(220

2、)向(200)轉(zhuǎn)變，沉積原子的表面擴(kuò)散能力逐步增強(qiáng)，涂層柱狀晶尺寸逐漸增加。隨著反應(yīng)前驅(qū)體中碳鉿比的增加，涂層沉積速率迅速增大，涂層晶體由(220)擇優(yōu)取向轉(zhuǎn)變?yōu)闊o明顯取向，結(jié)構(gòu)由細(xì)柱狀晶轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒堆積。隨著氫氣濃度的增加，涂層沉積速率明顯增大，晶粒由無明顯擇優(yōu)取向轉(zhuǎn)變?yōu)?220)擇優(yōu)取向，結(jié)構(gòu)由顆粒堆積轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶢罹帕小?br>　　 當(dāng)HfC涂層的沉積過程由表面反應(yīng)機(jī)制控制時(shí)，涂層的生長以HfC的形核為主;而當(dāng)涂層的沉積過程由擴(kuò)散控

3、制時(shí)，涂層的生長以HfC晶粒的長大為主。HfC的沉積過程中包括C的沉積和Hf的沉積，且C的沉積過程為控制因素。
　　 HfC涂層的力學(xué)性能主要取決于其組織結(jié)構(gòu)和致密度。顆粒堆積結(jié)構(gòu)涂層的具有相對較低的力學(xué)性能，顯微硬度和彈性模量分別為4.03～14.64 GPa和62.61～199.10 GPa;細(xì)柱狀晶排列結(jié)構(gòu)涂層的具有最好的力學(xué)性能，顯微硬度和彈性模量可達(dá)16.62～20.29 GPa和247.35～282.34 GPa;粗