四甲基硅烷流量对硬质合金表面沉积的SiC涂层的影响

采用强电流直流伸展电弧化学气相沉积(HCDCA CVD)技术,在Ar、H2和四甲基硅烷(TMS)先驱体组成的混合气体气氛下,在YG6硬质合金衬底表面沉积了SiC涂层.本文对不同TMS流量条件下制备的SiC涂层的沉积速率、表面形貌、化学成分、物相组成以及附着力进行了对比研究.在此基础上,实验选取表面连续致密且附着力良好的SiC涂层作为过渡层进行了金刚石涂层的沉积,并对金刚石涂层的形貌、质量以及附着力进行了表征.实验发现.随着TMS流量的增加,SiC涂层的沉积速率加快,连续和致密性逐渐改善,但其附着力明显降低.连续致密且附着力良好的SiC涂层作为过渡层,可以有效地抑制硬质合金中Co的扩散,消除Co在金刚石涂层沉积过程中的不利影响,获得附着力良好的纳米金刚石涂层.     

沉积温度对硬质合金表面MPCVD法制备SiC过渡层的影响

采用MPCVD法,以氢气和四甲基硅烷为先驱气体,YG6硬质合金刀片为基体材料,在不同沉积温度下制备了SiC涂层;并选用致密连续且附着性能优良的SiC涂层作为过渡层制备金刚石涂层.使用场发射扫描电镜、能谱仪和掠X射线衍射仪对SiC涂层和金刚石涂层的形貌和组成进行了分析,并对SiC涂层和金刚石涂层的附着力进行测试.结果表明,随着沉积温度升高,SiC涂层先由团聚在一起的β-SiC微晶相先转变为颗粒状和片状β-SiC,进而转变为团聚在一起的非晶态的SiC晶须;SiC涂层的厚度呈递增、致密度呈现先增强后减弱、表面粗糙度整体呈现先减小后增大、附着力呈先升高后降低的趋势.沉积温度为800℃时制备的片状SiC涂层与硬质合金基体有着良好的结合强度,将其作为过渡层时,能够在硬质合金表面制备出均匀、连续、致密的且附着力良好的金刚石涂层.     

沉积温度对硬质合金表面沉积的SiC薄膜的影响

采用强电流直流伸展电弧等离子体CVD技术,以Ar、H2和四甲基硅烷(TMS)为先驱气体,在YG6硬质合金衬底表面制备了SiC薄膜。实验结果表明:随着沉积温度的升高,薄膜的致密性和平整度提高;但当沉积温度过高时,SiC薄膜的表面开始具有含非晶碳球和呈花瓣状的疏松结构。在合适的沉积温度下,SiC薄膜的致密性和平整度较好,且其具有较好的附着力和一定的强度,而这样的SiC薄膜可以阻止在金刚石涂层沉积过程中硬质合金中含有的Co对金刚石相沉积过程的有害作用。     

硬质合金CVD金刚石涂层工具衬底前处理技术研究

本研究采用KOH:K3[Fe(CN)6]:H2O和H2SO4:H2O2两种溶液浸蚀硬质合金衬底,分别选择刻蚀WC和Co.并在浸蚀过的硬质合金衬底上,用强电流直流伸展电弧等离子体CVD法沉积金刚石涂层.研究表明,两步混合处理法不仅可以有效的去除硬质合金基体表面的钴,而且,还可显著粗化硬质合金衬底.因此,提高了金刚石薄膜的质量和涂层的附着力.     

整体硬质合金铣刀上制备CVD金刚石涂层的系统三维流场研究

本文通过建立整体硬质合金立铣刀上制备CVD金刚石涂层时CVD沉积系统流场的三维模型,研究了进气口分布对该系统流场均匀性的影响,优化了进气口的分布;在仿真的基础上开展了整体硬质合金立铣刀上制备CVD金刚石涂层的验证实验,采用SEM和Raman对制备的CVD金刚石涂层进行了分析测试.结果表明:优化后的流场可以用于制备高质量的CVD金刚石涂层,且批量制备出的在衬底不同位置上的铣刀表面CVD金刚石涂层的质量均匀一致.     

渗硼并两步处理硬质合金微晶金刚石涂层工具研究

研究了固体粉末渗硼并碱酸两步处理预处理硬质合金基体的表面组织、形貌、粗糙度,并在处理过的硬质合金基体上,用强电流直流伸展电弧等离子体CVD法沉积微晶金刚石薄膜涂层.进一步的涂层质量表征,附着力测试及切削实验研究结果表明,这种涂层质量高、附着力好(压痕测试临界载荷大于1500N).金刚石涂层工具的切削加工性能明显优于无涂层硬质合金工具.在加工ZAlSi12合金时,微晶金刚石涂层车刀片、铣刀片的切削寿命是无涂层车刀片、铣刀片切削寿命的32倍和26倍.     

金刚石涂层的纳米压痕力学性能研究

用HFCVD法在硬质合金刀具上制备了CVD金刚石涂层,利用纳米压痕仪研究了CVD金刚石涂层的硬度和弹性模量等力学性能.结果表明,反应室气压、衬底温度、反应气体中CH4含量、沉积时间等参数改变了CVD金刚石膜中sp2成分含量、晶界数量及晶界上缺陷,从而影响CVD金刚石涂层的纳米硬度和弹性模量.较高或较低的衬底温度都会导致硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量降低;随着反应室气压、反应气体中CH4含量的增加,硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量降低;沉积时间低于6 h时,沉积时间对硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量影响显著,沉积时间超过6 h后,沉积时间对硬质合金刀具上CVD金刚石涂层的纳米硬度、弹性模量逐渐趋向稳定.     

W18Cr4V高速钢衬底CVD金刚石涂层沉积技术研究

研究了通过热丝CVD法在施加了Ni-P/Cu复合中间过渡层的W18Cr4V高速钢衬底表面进行金刚石涂层的沉积技术以及不同压力条件对沉积出的CVD金刚石涂层质量的影响.最后通过扫描电镜分别对Cu、Ni-P以及不同反应压力下沉积的金刚石涂层的表面形貌进行了检测分析,通过XRD、拉曼光谱仪、洛氏硬度仪对金刚石涂层性能进行检测分析.结果表明:Ni-P/Cu复合中间过渡层可以明显的抑制Fe、Co的催石墨化作用.在此基础上通过沉积参数的优化,在W18Cr4V高速钢衬底表面成功沉积出高质量的CVD金刚石涂层.压力为4 kPa条件下沉积的CVD金刚石涂层较5 kPa的金刚石颗粒晶型明显、分布致密.     

CVD样品台旋转对沉积金刚石涂层的影响

以CH3COCH3和H2为反应气源,利用热丝化学气相沉积(HFCVD)方法,通过改变样品台的旋转频率在YG6硬质合金(WC-6wt; Co)基体上沉积金刚石涂层.利用X射线衍射分析YG6硬质合金表面沉积金刚石涂层物相,通过扫描电子显微镜和压痕试验机分析金刚石涂层的表面形貌、沉积厚度和膜基结合性能,考察了样品台旋转频率对沉积金刚石涂层结构与性能的影响,以确定最佳的样品台旋转频率.结果 表明,在固定沉积工艺参数条件下,当样品台的旋转频率为2次/h时,在YG6硬质合金基体上沉积的金刚石涂层具有较优的晶粒和更均匀致密的聚晶结构以及更高的膜-基结合力.     

硬质合金金刚石涂层工具基体真空渗硼预处理技术研究

研究了真空渗硼预处理硬质合金基体的表面组织、形貌、粗糙度,并在处理过的硬质合金基体上,用强电流直流伸展电弧等离子体CVD法沉积金刚石薄膜涂层.结果表明,真空渗硼预处理不仅可以有效地消除或控制钴在金刚石沉积时的不利影响,而且还显著粗化硬质合金基体表面.因此,提高了金刚石薄膜的质量和涂层的附着力,其临界载荷值达到1500N.     

Transition between amorphous and crystalline phases of SiC deposited on Si substrate using H3SiCH3

This paper presents a study of the transition between amorphous and crystalline phases of SiC films deposited on Si(1 0 0) substrate using H₃SiCH₃ as a single precursor by a conventional low-pressure chemical vapor deposition method in a hot-wall reactor. The microstructure of SiC, characterized by X-ray diffraction and high-resolution transmission electron microscopy, is found to vary with substrate temperature and H₃SiCH₃ pressure. The grain size decreases with increasing MS pressure at a given temperature and also decreases with reducing temperature at a given MS pressure. The deposition rates are exponentially dependent on the substrate temperature with the activation energy of around 2.6 eV. The hydrogen compositional concentration in the deposited SiC films, determined by secondary ion mass spectrometry depth profiling, is only 2.9% in the nanocrystalline SiC but more than 10% in the amorphous SiC, decreasing greatly with increasing deposition temperature. No hydride bonds are detected by Fourier transform infrared spectroscopy measurements. The chemical order of the deposited SiC films improves with increasing deposition temperature.     

气体流量及配比对CVD SiC膜层的影响

本文以甲基三氯硅烷(MTS)为先驱体原料,H2为载气,采用化学气相沉积工艺在反应烧结碳化硅表面制备SiC致密膜层。研究了不同反应气体流量及配比对CVD碳化硅膜层的影响。结果表明:反应气体的流量对膜层的表面形貌影响较大,较大的气流量容易使膜层剥落;减小反应气体流量有利于改善膜层的均匀性。H2/MTS比例影响沉积SiC膜层的相组成。当沉积温度为1200℃,H2/MTS比例为6∶1时,得到的膜层由SiC和C两相组成;当H2/MTS比例为12∶1时,膜层由SiC和Si两相组成;当H2/MTS比例为10∶1时,得到单一相的SiC膜层。在优化的工艺参数下,制备出致密的CVD膜层,经过光学加工后膜层的表面粗糙度为0.72 nm,平面度RMS为0.015λ(λ=0.6328μm)。     

SiCf/SiC复合材料表面梯度抗氧化SiC涂层研究

SiC纤维增强SiC陶瓷基复合材料(简称SiCf/SiC复合材料)具有低密度、高温稳定性、抗氧化性、高耐腐蚀性等特点,在航天及航空发动机热结构部件及核聚变反应堆炉第一壁结构等方面有巨大的潜在用途.目前受工艺条件制约,SiCf/SiC复合材料中用来增强的SiC纤维纯度不高,C/Si原子比大于1.3,而采用传统先驱体浸渍裂解工艺(简称PIP)制备的基体材料除了纯度不高外,还含有孔隙和缺陷,不能满足高温氧化环境中服役要求.本文通过化学气相沉积工艺(CVD)在SiCf/SiC复合材料表面制备出一种高纯、低缺陷、耐高温、低氧扩散系数且与基体材料具有良好匹配性的SiC抗氧化梯度涂层,通过SEM分析基体与膜层的结合情况及涂层的微观形貌,通过XRD考察涂层的梯度组份及氧化前后涂层成份变化,进而探讨梯度涂层抗氧化机理.     

表面预处理对SiO2/Si结构上APCVD生长SiC薄膜的影响

采用S iH4-C3H8-H2气体反应体系在S iO2/S i复合衬底上进行了S iC薄膜的APCVD生长。实验结果表明,H2表面预处理温度过高或时间过长会导致衬底表面S iO2层熔化再结晶或被腐蚀掉。通过“先硅化再碳化”的工艺方法可以较好地解决S iO2/S i复合衬底上S iC成核困难以及粘附性差的问题,同时还可以有效抑制S iO2中的O原子向S iC生长膜扩散。选择预处理温度和薄膜生长温度为1180℃、H2预处理、S iH4硅化和C3H8碳化时间均为30 s的最佳生长条件时,可以得到<111>晶向择优生长的多晶3C-S iC外延薄膜,薄膜生长速率约为2.0~2.5nm/m in.     

硅基片上异质外延SiC的机理研究

本文利用低压高温MOCVD系统,成功地在Si(111)基片上外延出了具有高质量的SiC薄膜,并对其反应机理做了一些初步的研究.大部分观点认为,SiC/Si的异质外延,其最初的状态应该为Si衬底中Si的扩散.但是,本文通过在不同流量比的条件下,SiC薄膜在Si基片以及Al2O3基片上外延的比较,发现在SiC/Si的异质外延过程中起重大作用的并非Si衬底中Si的扩散,而是很大程度上作用于C向Si衬底的扩散.同时,还发现反应速率的快慢受SiH4流量所限制.当SiH4流量增加时,反应速率会明显加快,但是结晶质量会相对变差.     

MoB/CoCr金属陶瓷涂层的制备、组织结构及性能研究

利用低压等离子喷涂(LPPS)制备了MoB/CoCr金属陶瓷涂层.通过X射线衍射(XRD)分析物相组成、扫描电镜(SEM)、能谱(EDAX)对涂层的微观组织和成分进行分析,并对涂层的结合强度和抗热震性能进行研究.研究结果表明:粉末与喷涂后涂层物相差异不大,涂层为层状结构,随压力越高,粉末熔化越充分;涂层与基体结合良好,涂层致密;涂层喷涂后主要成分保持不变,且具有良好的结合强度和抗热震性能,经过1080 h熔融Al-12.07;Si腐蚀后,涂层完好,具有很好的抗腐蚀性能.     

TiAl过渡层对电弧离子镀沉积TiAlN膜层的影响

利用电弧离子镀,在不锈钢和SiCP增强2024铝基复合材料基底上沉积TiAlN薄膜.结果表明:TiAlN膜层直接沉积在不锈钢基底上,膜层呈[111]择优取向;然而,TiAlN膜层沉积在不锈钢基底的TiAl过渡层上,膜层呈[220]方向择优取向;并且随着过渡层从零开始增厚,TiAlN膜层的织构系数T(111)逐渐减小,而T(200)逐渐增大,但膜层一直以[220]方向择优取向,内应力的存在可能是膜层产生[220]方向择优取向的原因.在复合材料基底TiAl过渡层上沉积,随着负脉冲偏压的增加,TiAlN膜层的择优取向由[111]向[200]转变.在不锈钢基底上,没有TiAl过渡层时,膜层表面相对光滑,大颗粒较少;有了TiAl过渡层,表面大颗粒较多;TiAl过渡层不同沉积时间对膜层表面影响不大,颗粒尺寸相差无几.没有TiAl过渡层时,膜层结合强度很差,有了TiAl过渡层,结合强度明显增加,但结合强度的大小随过渡层沉积时间(厚度)变化.     

微/纳米CVD金刚石涂层沉积工艺参数优化

通过正交实验设计工艺参数,利用热丝化学气相沉积法(HFCVD)制备金刚石涂层,采用扫描电镜、洛氏硬度计、X射线衍射仪等对金刚石涂层进行性能表征,同时进行切削试验,从而确定微米层和纳米层最佳的碳源浓度、沉积气压、热丝与基体间距.结果表明:最优微米金刚石涂层沉积工艺参数为碳源浓度2;,沉积气压3 kPa,热丝/基体间距5 mm.最优纳米金刚石涂层沉积工艺参数为碳源浓度5;,沉积气压5 kPa,热丝/基体间距8 mm.     

Control of cluster synthesis in nano-glassy carbon films

Carbon films were prepared by pulsed laser deposition (PLD), changing buffer gas nature and pressure and laser power density. Nanometer-sized cluster assembled (CA) films, resulting from direct aggregation of carbon clusters in the ablation plume, were obtained. Visible Raman spectroscopy shows that all films are trigonally co-ordinated and structurally disordered, with a dependence of the degree of disorder on the deposition parameters. The microstructure and morphology of the films were studied in a complementary way by scanning electron microscopy (SEM) both in plane and in cross-section, and by atomic force microscopy (AFM). Different growth modes are found in the deposited CA films, depending on the interplay of laser fluence and nature-pressure of the buffer gas. Threshold fluences of increasing value separate dense columnar growth from sponge like morphology, from an open dendritic structure. AFM pictures show that our glass-like carbon films consist of agglomerates of nanometer-sized clusters. Cluster formation in the plume is modeled, allowing to estimate the average number of carbon atoms per cluster. The calculated size of the clusters depends mainly on ambient gas pressure. Cluster sizes obtained by model predictions agree with those directly observed by transmission electron microscopy (TEM) imaging and with the deduced film coherence length from Raman spectroscopy conducted herein.