[发明专利]均匀化氮化硼涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学气相沉积技术制备均匀化氮化硼涂层的方法，尤其涉及一种纤维、纤维编织件及复合材料中氮化硼界面的制备。

背景技术

氮化硼界面可以通过在复合材料制备过程中原位生成，也可以在纤维表面首先制备出界面，再将带有氮化硼界面的纤维作为增强纤维应用到复合材料中，采用何种方法制取，这取决于生产工艺条件的控制及生产设备的局限性。目前，制备BN界面的方法有很多种，主要包括液相法（也称为浸渍-涂覆法）、化学气相沉积法和碳热还原法。在众多制备方法中，尤以CVD法所制得的界面性能更为优异且稳定。CVD法对设备的要求高，影响界面性能的工艺参数较多，但所得的涂层的质量往往较高，是制备高质量界面材料的首选。

采用CVD法制备氮化硼涂层中，主要采用BX₃+NH₃双组元系统，其中应用最多的为BCl₃+NH₃系统，但是，与单组元系统相比，由于沉积系统处于高温低压状态下，源气体反应剧烈，气体混合不均，导致不同位置气体浓度不同，沉积速率不同，继而造成沉积基底表面的涂层厚度、涂层晶粒大小及涂层结晶度不同，不利于基底表面生成厚度均匀、成分单一、结晶度较高的氮化硼涂层。相关文献及专利中指出，化学气相法制备氮化硼涂层过程中，均采用直接在恒温区沉积的方法，双组元气体在沉积区相遇并发生化学反应，继而在基底表面沉积氮化硼涂层，对所得涂层进行表征，发现沉积不均现象。此专利中指出，通过先混合再沉积的方法，可以有效地解决这一问题，获得相对稳定、均匀的氮化硼涂层。

发明内容：

本发明的目的是提供一种双组元气体化学气相沉积法制备氮化硼涂层的方法，用于解决现有技术的缺陷和不足，提供一种制备均匀涂层的方法，尤其是一种采用BX₃+NH₃体系化学气相沉积法制备氮化硼涂层的方法。

本方法对常用的化学气相沉积法进行了优化，通过先混合再沉积的方法，解决氮化硼涂层不均匀的问题，获得相对均匀、成分单一、结晶性能良好的氮化硼涂层。本发明所用的技术方案主要包括：气体混合、化学气相沉积和高温热处理。

具体采用如下技术方案：

一种均匀化氮化硼涂层的制备方法，其特征在于该方法的具体步骤为：

a.将待涂样品放入沉积模具中沉积区内；通入反应气体三氯化硼、氨气；三氯化硼和氨气分别由两个进气口通入，在进入模具之前不发生接触；气体在等温混合区混合均匀；混合均匀后，气体进入沉积区，在沉积温度为300~1800℃，系统压力为1~300mbar下，发生沉积，沉积时间为0.5h~20h，最后在待涂样品表面得到均匀的氮化硼涂层；所述的三氯化硼和氨气的气体流量比为[NH₃]/[BCl₃]=1：1～30；

b.沉积反应结束后，对所得氮化硼涂层样品进行高温热处理，热处理温度为1200~2000℃，时间为0.5h~5h，得到六方氮化硼涂层。

上述的反应气体中还有载气和稀释气体；所述的载气为氮气或氩气中的至少一种，该载气与三氯化硼同一进气口进入混合区，气体流量比为[载气]:[BCl₃]=1:1~120；所述的稀释气体为氢气，气体流量比为[载气]:[BCl₃]=1:1~100。

所述的化学气相沉积法制备均匀氮化硼涂层的方法，其中气体的通入方式为BCl₃和NH₃分为两路进入反应模具，BCl₃和载气一起通入，H₂可通过任一进气口通入。

该化学气相沉积制备均匀氮化硼涂层的方法，可用于碳纤维、陶瓷纤维及其编织件表面氮化硼涂层的制备，也可用于复合材料中氮化硼界面的制备，同时也可用于硅片、石墨及Al₂O₃表面氮化硼涂层的制备和其它双组元气体化学气相沉积。

使用本发明沉积氮化硼涂层，结果显示，通过先混合再沉积的方法，可以制备出厚度均匀、结构单一、结晶性能良好的氮化硼涂层，与以往的制备技术相比，具有以下优点：一方面，更容易控制氮化硼涂层的厚度，使得涂层成分及结构单一稳定；另一方面，在工业化过程中，对大件样品涂覆氮化硼涂层时，可以使不同位置处表面涂层更均匀；最后，对研究沉积动力学提供了一种方法。

附图说明

图1是反应器示意图，主要分为混合区和沉积区。

图2和图3是实施例1中沉积氮化硼涂层后碳化硅纤维的SEM图。