CVD HfC的制备与形貌研究.ppt

CVD HfC涂层的制备工艺研究 报告人：刘岗 指导老师：李国栋老师（教授） 报告提纲 1 研究背景与意义 1.1 HfC的基本性能： 碳化铪(HfC)理论密度12.2g/cm3，熔点3930℃，是已知单一化合物中熔点最高者。体积电阻率1.95×10-4Ω·cm (2900℃)，热膨胀系数6.59×10-6/℃。 碳化物物理性质对比 碳化铪能与许多化合物(如ZrC、TaC等)形成固溶体。如组分为HfC-4TaC的复合碳化物，其显微结构呈二相：一相为碳化铪-碳化钽的共晶体；另一相为外形比是50：1的针状的游离石墨相。这种“近共晶”碳化铪(HfC)制品具有良好热稳定性和高的熔点，可作火箭喷管的喉部材料。 哈尔滨工业大学的李金平等采用固体与分子经验电子理论(EET)，对其价电子结构与性能进行了验证和分析。 1.2 应用背景 抗氧化，抗烧蚀材料 主要应用于固体和液体燃料推进火箭发动机喷嘴喉衬、液体燃料推进火箭喷射引擎燃烧室、涡轮泵部分、 战术导弹防毒系统、以及超音速飞机的机翼和螺旋桨前沿等等. 美、俄、法等国家已经应用HfC、ZrC、TaC 、SiC等难熔碳化物涂层来提高C/C复合材料的抗氧化能力、降低烧蚀率、承受更高的燃气温度或更长的工作时间，并获得了较好的效果。从而满足新一代固体火箭对喷管喉衬材料的要求 。 光选择吸收材料 由于HfC具有高熔点（3890℃）、光谱选择吸收能力，并且还可以制作成大块的，所以它成为光吸收和传导用的杰出的候选材料。（如：在100℃时， HfC的吸收率大约是0.65，发射率大约是0.1，可作为了优秀的光选择吸收材料。） 热电转换材料 HfC也被用于制作高温热电变换器，主要是通过晶界、二次相的调整以及载流子浓度和迁移率的改变。（在过渡族金属元素碳化物中碳晶格的空位导致其物理属性的改变。） 高温减震材料 在无氧环境中，HfC在2700℃以上没有涂层保护的情况下也能被使用，它可以被用于太阳能推进系统，作为高温减震多层和复合涂层。 2 研究进展 2.1HfC涂层制备方法方面的研究进展 制备涂层的技术有很多，目前国内外所研究的方法有： 美国、俄罗斯、法国、德国等国早已经在上世纪80/90年代通过CVD方法制备出了HfC涂层。 意大利的Dipartimento di Chimic等人采用脉冲激光消融沉积HfC涂层。 王德朋,苏勋家,侯根良（西安高科技研究所）用等离子喷涂法在不锈钢基体上制备了HfC 陶瓷涂层。但是没有致密度方面数据的报道。 2.2不同基体上生长HfC 涂层的研究进展 早在70年代，美国国家航空和宇宙航行局Bargeron等人就在石墨基体上研制出HfC涂层。其制造技术属于美国陶瓷公司ACC必威体育官网网址信息。 EMIG（埃米格）、 WUNDER 、WUNDER、和POPOVSKA等人研究了在碳纤维增强炭和碳化硅材料基体上CVD制备HfC涂层。（法国） SOURDIAUCOUR、A. Derre（代雷）等人研究了在泡沫碳基体上制备HfC涂层。（法国） 日本筑波大学的Masayoshi Nagao（正义长尾）在多晶硅上制备HfC涂层主要用于抗氧化。 2.3其他方面的研究 80年代末期，Whittier（惠蒂尔）在Jim Warren的指导下在碳单纤维丝上制备出了HfC纤维。（美国） SAYIR（塞米赫）用CVD技术生产出了HfC和TaC单块集成电路。（土耳其） 樊海波、杨宏在美国从奥本大学Wilmor实验室研究出泡沫状的HfC材料，主要应用于太空船上。 3 研究目的及内容 3.1 研究目的 CVD HfC 涂层工艺研究：确定工艺参数、生长速率、生长形貌、生长机制之间的关系。 制备出完整大块的HfC涂层用于性能检测 涂层与基体相容性的研究 3.2 研究内容 3.2.1CVD工艺参数对HfC沉积速率及均匀性的影响 3.2.2 工艺参数对HfC涂层的晶体结构、表面形貌的影响 3.2.3晶粒择优生长 3.2.4工艺参数、生长速率、生长形貌、生长机制之间的关系 3.2.5涂层与基体相容性 4 研究方案 4.1 涂层的制备 4.1.1涂层制备仪器：热壁竖式CVD炉； 4.1.2沉积基底主要选择：石墨、炭/炭复合材料； 4.1.3反应体系的选择 美国国家航空和宇宙航行局Bargeron等人采用的是Hf+Cl2+CH4+H2反应体系。但是Cl2有毒，并且反应过程中有HfCl2、HfCl3产物出现，由于HfCl2、HfCl3、HfCl4和CH4的反应速度不同，所以反应控制比较复杂