一种Si-B-C三组元相的高通量制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Si‑B‑C三组元相的高通量制备方法，包括：（1）将多片基板分别放入到沉积反应室中的不同区域内；（2）抽真空、充入惰性气体再抽真空；（3）加热所述沉积反应室中的所述不同区域至不同的设定温度以使所述不同区域处于不同的温度场；（4）通入SiCH

A high throughput preparation method of Si-B-C ternary phase

【技术实现步骤摘要】
一种Si-B-C三组元相的高通量制备方法
本专利技术涉及一种高温抗氧化Si-B-C三元相的高通量制备方法，所制备的三元相可用于陶瓷基复合材料基体，也可应用于石墨片、C/C复合材料和陶瓷基复合材料等块体材料表面的高温抗氧化涂层，属于复合材料领域。
技术介绍
连续纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料主要是指C/SiC、SiC/SiC陶瓷基复合材料，它具有耐高温、抗氧化、高比强度、高比模量、耐焼蚀、良好的化学稳定性等优良性能，是目前研究的最多的一种航空发动机用高温材料，然而在陶瓷基复合材料制备过程中，由于纤维基体之间热膨胀系数的差异，导致材料内部不可避免地存在微裂纹，同时由于制备基体所采用的的工艺的自身缺陷，导致所制备的材料会存在一定的孔隙度，这些微裂纹和孔隙为氧从材料外部扩散至内部提供了一个通道，导致纤维容易发生氧化损失，致使材料脆性断裂，最终缩短材料使用寿命，从而影响陶瓷基复合材料在发动机领域的长期稳定应用。碳化硅作为陶瓷基复合材料基体的重要组成部分，由于其本身在高温下氧化生成的二氧化硅具备一定的流动性并且氧通过SiO2层的速率很低，所以可以实现对材料内部裂纹的有效愈合，但是在低温下(＜1000℃)，由于SiC氧化生成SiO2的速率慢且流动性差，所以不能有效及时的愈合材料内部存在的裂纹，针对于材料在中低温阶段抗氧化性能差的问题，很多研究工作者进行了相关方面的研究，通过在基体中引入含B相比如B4C、SiBC、B等，利用氧化生成的B2O3具备较低的熔点和良好的流动性，可以充分的愈合材料内部存在的裂纹，阻止氧进一步向材料内部扩散。对于采用Si-B-C三组元相作为基体改性成分，许多研究工作者采用不同的前驱体在不同条件下制备了Si-B-C三组元相，文献1(S.Goujard,L.Vandenbulcke，C.Bernard，J.Eur.Ceram.Soc，1995，15(6)：551–561)介绍了一种采用BCl3-SiCH3Cl3-H2为反应前驱体和稀释气体制备SiBC陶瓷的方法，制备条件所采用的压强为0.395atm，温度为927℃～1027℃，总的气体流速为0.1～1.0g/min，但是该方法只适用于单一组分的SiBC陶瓷的制备；欲获得不同组分的材料，必须采用多次沉积；另外沉积所采用的压强过高，不利于SiBC渗入至材料内部，最终制备的材料孔隙度偏高。文献2(E.Golda，B.Gallois,MrsProceedings,1991,250)中报道了采用SiCH3Cl3-BCl3-CH4-H2为反应前驱体和稀释气体制备SiBC陶瓷的方法，研究结果表明1200℃沉积温度下制备的涂层是非晶态，在更高温度下非平衡态反应控制了整个沉积过程，但是该反应是在33MPa条件下制备的，由于压力太高，对反应设备要求更为严格，同时该方法依然存在单次沉积只能在同一温度条件下制备的缺陷。上述制备SiBC陶瓷的方法由于沉积只能在单一温度条件下进行，所以材料制备效率低，无法同时制备不同组分的高温材料。在材料制备过程中，温度是影响材料组成和性能的一项关键因素，为了加快材料制备速率，有必要开发出一种高通量制备方法，以期单次沉积出的材料尽可能多的在不同温度条件下制备，同时对制备出的材料进行分析测试表征，获得最优的有利于作为复合材料涂层或者基体相的元素组成，提高材料的筛选速率。
技术实现思路
针对以上现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供了一种Si-B-C三组元相的高通量制备方法，包括：(1)将多片基板分别放入到沉积反应室中的不同区域内；(2)抽真空再充入惰性气体；(3)加热所述沉积反应室中的所述不同区域至不同的设定温度以使所述不同区域处于不同的温度场；(3)通入SiCH3Cl3、BCl3、和H2，反应规定时间，以在各基板表面沉积形成Si-B-C三元相。较佳地，所述基板的材料为碳或/和碳化硅，优选为碳纤维、SiC纤维、碳纤维织体、SiC纤维编织体、石墨片、C/SiC陶瓷基复合材料、SiC/SiC陶瓷基复合材料中的一种。较佳地，在加热所述沉积反应室之前，所述沉积反应室的真空度不高于3Pa。较佳地，步骤(3)中，以为5～10℃/分钟的升温速率升温至设定温度，优选以10℃/min升温至700℃后，再以5℃/min升温至设定温度。较佳地，所沉积反应室包括上温区、中温区、下温区；优选地，所述上温区、中温区、下温区的设定温度逐级递增。又，较佳地，相邻温区之间的温度梯度为5～150℃。较佳地，所述沉积的参数包括：SiCH3Cl3的流量为240～1240ml/分钟；BCl3流量为200～1000ml/分钟；H2流量为240～9000ml/分钟；设定温度为900℃～1050℃；总反应压强为1.0～10Kpa，优选为3～7KPa。沉积时间可为20～30分钟。又，较佳地，所述H2和SiCH3Cl3的流量比为(1～8):1。较佳地，所述SiCH3Cl3以氢气鼓泡的方式导入，纯度为99.8％以上，所述BCl3的纯度为99.9％以上，所述H2的纯度为99.99％以上。有益效果：(1)将多片基板放在不同的温区(例如通过调节加热棒在不同温区的加热功率，实现对不同温区温度的调节，不同位置的材料所处的温度场不一样)，这样可以一次制备生成元素含量也不一样的Si-B-C三组元相。根据实际应用需求，将对Si、B、C三种元素含量具有不同需求的材料放入相应位置，进而实现单次沉积同批次材料的高通量制备，提高了材料制备效率，同时通过材料分析检测，也为材料快速筛选提供了一种行之有效的方法；(2)本专利技术在制备Si-B-C三组元相的过程中，由于实现了材料的高通量制备，减少了沉积次数，节省了原材料及电力成本；(3)本专利技术通过更换前驱体气源的种类，通过通入SiCH3Cl3和氢气可以实现SiC高通量制备及筛选，通过通入BCl3和氢气可以实现B的高通量制备及筛选；(4)本专利技术制备的Si-B-C三组元相既可以用于陶瓷基复合材料表面涂层，又可以用于陶瓷基复合材料基体，从而实现了材料的快速制备及筛选。附图说明图1为本专利技术过程中高通量Si-B-C三组元相材料制备的实验设备及样品摆放示意图；图2为实施例1中900℃条件下Si-B-C涂层的X光电子能谱图，从图中可以看出所制备的Si-B-C涂层主要由C-Si、C-B、C-O、C-C四种键组成；图3为实施例2中的中900℃条件下Si-B-C涂层的X光电子能谱图；图4为实施例3中的中930℃条件下Si-B-C涂层的X光电子能谱图。具体实施方式以下通过下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在本专利技术中，Si-B-C三组元相的高通量制备方法可在同一反应室内单次沉积可以在不同温度条件下制备具备不同元素组成的Si-B-C三组元相，所制备的Si-B-C三组元相既可以用于陶瓷基复合材料表面作为抗氧化涂层使用，又可以用于陶瓷基复合材料内部作为基体相使用。...

【技术保护点】
1.一种Si-B-C三组元相的高通量制备方法，其特征在于，包括：/n（1）将多片基板分别放入到沉积反应室中的不同区域内；/n（2）抽真空、充入惰性气体再抽真空；/n（3）加热所述沉积反应室中的所述不同区域至不同的设定温度以使所述不同区域处于不同的温度场；/n（4）通入SiCH

【技术特征摘要】
1.一种Si-B-C三组元相的高通量制备方法，其特征在于，包括：
（1）将多片基板分别放入到沉积反应室中的不同区域内；
（2）抽真空、充入惰性气体再抽真空；
（3）加热所述沉积反应室中的所述不同区域至不同的设定温度以使所述不同区域处于不同的温度场；
（4）通入SiCH3Cl3、BCl3、和H2，反应规定时间，以在各基板表面沉积形成Si-B-C三元相。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基板的材料为碳或/和碳化硅，优选为碳纤维、SiC纤维、碳纤维织体、SiC纤维编织体、石墨片、C/SiC陶瓷基复合材料、SiC/SiC陶瓷基复合材料中的一种。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，在加热所述沉积反应室之前，所述沉积反应室的真空度不高于3Pa。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，以5～10℃/分钟的升温速率升温至设定温度；优选以10℃/分钟升温至700℃后，再以5℃/分钟升温至所述设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：董绍明，廖春景，靳喜海，胡建宝，章龙龙，高乐，王震，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31