TiCl4-CH3SiCl3-H2-Ar體系下CVD法制備TI-SI-C復(fù)合涂層的研究.pdf

1、Mn+1AXn（M:過渡金屬元素;A:主族元素;X:碳或氮;n=1，2…）型材料具有金屬與陶瓷等優(yōu)異性能，其作為陶瓷材料和陶瓷涂層在各領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，特別是在高溫結(jié)構(gòu)領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)。其中Ti3SiC2研究最為成熟，本論文采用TiCl4-CH3SiCl3-H2-Ar反應(yīng)體系下在相對(duì)其它CVD方法較低的溫度下LPCVD沉積Ti3SiC2涂層，研究分析了其制備工藝、結(jié)構(gòu)表征及其抗氧化性能等，分析Ti3SiC2的形成機(jī)制，最后優(yōu)化制

2、備工藝，制備高純度、一定厚度和理想結(jié)構(gòu)的高性能Ti3SiC2涂層。
　　本研究首先采用TiCl4-CH4-H2-Ar體系和CH3SiCl3-H2-Ar體系，在石墨基體上LPCVD TiC和SiC單一涂層。著重研究TiC涂層的CVD工藝參數(shù)（沉積位置、沉積溫度）對(duì)涂層的物相組成和顯微組織結(jié)構(gòu)等影響。結(jié)果表明:隨著溫度的升高，涂層從(111)擇優(yōu)取向?yàn)?200)擇優(yōu)取向，結(jié)構(gòu)形貌從顆粒堆積過渡為針狀晶，最后演變?yōu)橹鶢罹ЫY(jié)構(gòu)。
　

3、　本研究成功制備了含Ti3SiC2相的Ti-Si-C三元體系涂層，研究了工藝參數(shù)對(duì)涂層物相組成、顯微形貌結(jié)構(gòu)的影響，探索了沉積含Ti3SiC2相涂層的沉積機(jī)理，著重分析Ti3SiC2不同含量和結(jié)構(gòu)形態(tài)的形成規(guī)律。結(jié)果表明:(1)隨著溫度的升高，涂層中逐漸形成Ti3SiC2相，在1200℃沉積條件下，Ti3SiC2晶粒沿<104>方向擇優(yōu)生長(zhǎng)，沉積溫度為1150℃時(shí)涂層為多孔細(xì)柱和顆粒堆積嵌合結(jié)構(gòu);溫度再升高時(shí)涂層分為明顯的兩層，內(nèi)層過渡

4、層為TiC為主相的柱狀晶結(jié)構(gòu)，外層為為TiC相與Ti3SiC2相復(fù)合的板條錯(cuò)堆狀結(jié)構(gòu)。其中生成的Ti3SiC2晶粒為層片狀結(jié)構(gòu)，層片體交錯(cuò)嵌合在一起，比較致密;(2)提高反應(yīng)前驅(qū)體Si/Ti比到一定值時(shí)，涂層的Ti3SiC2相含量不斷降低，涂層由Ti3SiC2和TiC相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)門iC和SiC相組成，當(dāng)Si/Ti比在2∶3時(shí)形成了多層交替的TiC-SiC共沉積復(fù)合涂層，當(dāng)Si/Ti比在1∶2時(shí)較易形成Ti3SiC2相。(3)增加氫氣濃度

5、對(duì)涂層致密度有一定的提高，但是涂層沉積速率明顯下降，得出為50％時(shí)較有利于合成高純度的Ti3SiC2涂層;(4)得出有利于生成Ti3SiC2涂層的優(yōu)化工藝，沉積溫度為1200℃，Si/Ti比為1∶2，H2濃度為50％，該優(yōu)化工藝條件下沉積的涂層中Ti3SiC2相的摩爾比例高達(dá)92％，Ti3SiC2晶粒也為堆垛的層片狀結(jié)構(gòu)。
　　研究了不同物相組成的涂層抗氧化性能，著重分析了Ti3SiC2晶粒的抗氧化行為，結(jié)果表明:含Ti3SiC2

6、晶粒的Ti-Si-C三元體系涂層氧化行為屬于擴(kuò)散型氧化，Si在其亞點(diǎn)陣中保持不動(dòng)，O原子向內(nèi)擴(kuò)散，而C與Ti元素自發(fā)地向外擴(kuò)散。氧化后涂層分為主要三層，外層為大顆粒的TiO2層，中間過渡層為TiO2和SiO2的混合細(xì)小顆粒堆積層，內(nèi)層為未被氧化層;在1300℃靜態(tài)空氣中12h氧化后，含TiC雜質(zhì)相的Ti3SiC2涂層樣品的氧化增重率為23.04mg/cm2，且隨氧化時(shí)間的延長(zhǎng)，其增重率逐漸降低且趨于穩(wěn)定。隨著氧化時(shí)間延長(zhǎng)，TiO2晶粒尺