【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涂层制备，具体涉及一种hfc梯度涂层的制备方法。
技术介绍
1、碳基复合材料主要包括碳/碳和碳/碳化硅复合材料，是一类轻质高强、耐烧蚀、抗热震的复合材料，在航天及武器用固体发动机领域具有重要的应用前景。碳基复合材料，如用于固体发动机的高温燃气阀门(阀芯、喉衬)。高温燃气阀门的主要作用是控制发动机的燃气流量、调节压力、改变流速流向及调节温度。高温燃气阀门工作工况极为恶劣：燃气强度超过2500k，升温速率达3000℃/s，并伴随强烈的燃气冲刷和较强的氧化环境。因此，高温燃气阀门材料必须具备耐超高温、耐冲刷、抗热震及抗氧化等综合性能特点。
2、碳基复合材料具有许多优良的高温力学性能，但在研制和使用过程中，发现碳基复合材料存在一些根本性关键问题没有解决，这些问题主要包括：(1)抗氧化能力不足。碳基材料的共性问题是抗氧化性能较差，限制了其在氧化环境中的应用，如c/c复合材料在氧化气氛中600℃发生严重氧化；(2)气密性低。由于材料制备工艺特性，编制的碳基复合材料中存在较高的孔隙率，无法实现高压密封，如c/c复合材料的孔隙率可达2～3％；(3)耐温性能有待进一步提升。c/sic复合材料中的sic增强相的熔点为3000k，对于2500k以上的应用，其耐温性能明显不足。
3、对于使用温度在1800℃以上的超高温环境，常用的涂层材料主要有hfc，zrc，tac，nbc，hfb2，zrb2和tab2等难熔金属化合物。其中，碳化铪(hfc)涂层是一种抗氧化能力强、耐烧蚀、抗高温热冲击的超高温、低热导率材料，是研究
技术实现思路
1、针对上述现有技术的缺点，本专利技术提出一种hfc梯度涂层的制备方法。
2、一种hfc梯度涂层制备方法，采用现场化学气相沉积方法，通过调控氯化温度、沉积温度、氯气流量、氢气流量、甲烷流量及沉积室压力制备hfc梯度涂层，所述梯度涂层由4-8层涂层构成，自与碳基基体接触的涂层往外依次为：第一层为热解碳层，中间层为hfc与c构成的混合层，最后一层为hfc层，且梯度涂层中hf含量自内而外递增；中间层包含2-6层涂层。
3、具体包括如下步骤：
4、(1)以碳/碳复合材料、碳/碳化硅复合材料或石墨为待沉积涂层的基体，对基体表面进行抛光、超声清洗及烘干处理；
5、(2)将铪片置于氯化室内，将基体安装于沉积室的旋转平台上，然后将沉积系统进行密封，并抽成真空状态；
6、(3)向沉积室通入氢气，同时将氯化室和基体分别加热至设定温度，并调整沉积室压力至设定值，然后先通入甲烷进行第一层涂层的沉积，再通入氯气进行其他涂层沉积，通过调整氯化温度、沉积温度、氯气流量、氢气流量、甲烷流量及沉积室压力，形成hfc梯度涂层。
7、作为本专利技术的优选实施方案，所述氯化温度为200～300℃，沉积温度为1000～1500℃，0ml/min＜氯气流量≤60ml/min，甲烷流量为30～120ml/min，氢气流量300～500ml/min，沉积室压力为2000～4000pa，每层的沉积时间为30～60min。
8、作为本专利技术的优选实施方案，所述梯度涂层进行氯化和沉积时：固定氯化温度、除第一层的其他涂层的氯气流量、甲烷流量、氢气流量、沉积室压力，沉积温度在1000～1500℃的温度范围内逐层提高，沉积时间逐层降低。
9、作为本专利技术的优选实施方案，所述梯度涂层进行氯化和沉积时：固定氯化温度、沉积温度、除第一层的其他涂层的氯气流量、氢气流量、沉积室压力、沉积时间，甲烷流量在120～30ml/min的范围内逐层降低。
10、作为本专利技术的优选实施方案，所述梯度涂层进行氯化和沉积时：固定氯化温度、除第一层的其他涂层的氯气流量、氢气流量、沉积室压力、沉积时间，沉积温度在1000～1500℃范围内逐层提高，甲烷流量在120～30ml/min的范围内变化。
11、作为本专利技术的优选实施方案，所述铪片纯度为99.95％以上，氯气、氢气和甲烷的纯度分别为99.6％以上、99.95％以上和99.99％以上。
12、作为本专利技术的优选实施方案，所述步骤(2)中，真空状态下的真空度高于1.0pa。
13、本专利技术采用hf-cl2-h2-ch4反应体系，其中现场氯化形成的hfcl4为形成梯度材料组分hfc的hf源，ch4为炭源，高温下ch4分解得到的c与hfcl4分解产生的hf反应原位形成hfc+c混合涂层。通过调节cvd工艺参数，使混合涂层中的c、hf含量呈梯度变化，形成组分与结构逐渐变化的hfc-c梯度涂层材料。与碳基基体直接接触的梯度层的成分主要是c和少量的hfc，沉积过程中c和hfc不断填入碳基材料表层的孔隙中，获得表层致密化和界面结合牢固的复合材料结构。沉积过程所发生的化学反应如下：
14、ch4→c+2h2 (1)
15、hf+cl2→hfcl4 (2)
16、hfcl4+2h2→hf+4hcl (3)
17、hf+2c→hfc+c (4)
18、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
19、(1)本专利技术可以通过连续改变cvd沉积工艺参数，对涂层的组分、结构和厚度进行控制，获得组分与结构呈梯度变化的多层hfc-c梯度涂层材料，涂层沉积速率(厚度与沉积时间比值)超过10μm/h以上，沉积速率较高，制备过程易控。制备得到的hfc-c梯度涂层具有高致密性(相对密度为99.2～99.5％)、及低热导率(室温热导率为4.55～4.96w.m-1.k-1)等性能特点。另外，hfc-c梯度涂层能有效缓解碳基基体与涂层之间的残余应力，与单一的纯hfc涂层相比，碳基复合材料表面hfc-c梯度涂层中的残余应力大幅下降60％以上，室温-2000℃热震20次后，未出现从基体上剥落现象。
20、(2)铪的氯化反应与hfc-c梯度涂层的沉积反应一体同时进行，反应过程简单，可以避免因hfcl4粉末易吸水潮解，实验操作难度大且易带来杂质污染的问题。而且由于参与沉积反应的均为气体，沉积反应可在加热基体的表面均匀发生，对基体形状无特殊要求，特别适合复杂器件表面梯度涂层的制备。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种HfC梯度涂层制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积方法，通过调控氯化温度、沉积温度、氯气流量、氢气流量、甲烷流量及沉积室压力制备HfC梯度涂层，所述梯度涂层由4-8层涂层构成，自与碳基基体接触的涂层往外依次为：第一层为热解碳层，中间层为HfC与C构成的混合层，最后一层为HfC层，且梯度涂层中Hf含量自内而外递增；
2.权利要求1所述HfC梯度涂层制备方法，其特征在于，所述氯化温度为200～300℃，沉积温度为1000～1500℃，0ml/min＜氯气流量≤60ml/min，甲烷流量为30～120ml/min，氢气流量300～500ml/min，沉积室压力为2000～4000Pa，每层的沉积时间为30～60min。
3.权利要求2所述HfC梯度涂层制备方法，其特征在于，所述梯度涂层进行氯化和沉积时：固定氯化温度、除第一层的其他涂层的氯气流量、甲烷流量、氢气流量和沉积室压力，沉积温度在1000～1500℃的温度范围内逐层提高。
4.如权利要求2所述HfC梯度涂层制备方法，其特征在于，所述梯度涂层进行氯化和沉积时：固定氯化温度、沉积温度、除
5.如权利要求2所述HfC梯度涂层制备方法，其特征在于，所述梯度涂层进行氯化和沉积时：固定氯化温度、除第一层的其他涂层的氯气流量、氢气流量、沉积室压力和沉积时间，沉积温度在1000～1500℃范围内逐层提高，甲烷流量在30～120ml/min的范围内变化。
6.如权利要求1所述HfC梯度涂层制备方法，其特征在于，所述铪片纯度为99.95％以上，氯气、氢气和甲烷的纯度分别为99.6％以上、99.95％以上和99.99％以上。
7.如权利要求1所述HfC梯度涂层制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，真空状态下的真空度高于1.0Pa。
...【技术特征摘要】
1.一种hfc梯度涂层制备方法，其特征在于，采用化学气相沉积方法，通过调控氯化温度、沉积温度、氯气流量、氢气流量、甲烷流量及沉积室压力制备hfc梯度涂层，所述梯度涂层由4-8层涂层构成，自与碳基基体接触的涂层往外依次为：第一层为热解碳层，中间层为hfc与c构成的混合层，最后一层为hfc层，且梯度涂层中hf含量自内而外递增；
2.权利要求1所述hfc梯度涂层制备方法，其特征在于，所述氯化温度为200～300℃，沉积温度为1000～1500℃，0ml/min＜氯气流量≤60ml/min，甲烷流量为30～120ml/min，氢气流量300～500ml/min，沉积室压力为2000～4000pa，每层的沉积时间为30～60min。
3.权利要求2所述hfc梯度涂层制备方法，其特征在于，所述梯度涂层进行氯化和沉积时：固定氯化温度、除第一层的其他涂层的氯气流量、甲烷流量、氢气流量和沉积室压力，沉积温度在1000～15...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏燕，胡昌义，张茂，王献，张贵学，蔡宏中，胡晋铨，陈力，高勤琴，汪星强，赵兴东，俞建树，安盈志，张诩翔，
申请(专利权)人：贵研铂业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。