[发明专利]一种Si-B-C三组元相的高通量制备方法

说明书

本发明涉及一种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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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,Mrs Proceedings,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。

发明内容