[发明专利]一种硅酸钇涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种硅酸钇涂层及其制备方法与应用。所述制备方法包括：提供基体；采用磁控溅射技术，分别以铱靶和硅靶为磁控阴极靶材，所述铱靶连直流电源，所述硅靶连接射频电源，以保护性气体、氧气为工作气体，对基体施加脉冲负偏压，从而在所述基体表面共溅射沉积形成硅酸钇涂层；其中，所述直流电源的电流为0.2～0.4A，所述射频电源的功率为100～300W。本发明通过一步法制得含Y₂Si₂O₇晶相的硅酸钇涂层，不需要后续热退火晶化处理，避免了二次处理导致的晶粒长大、粗化、卷曲等缺陷，形貌及厚度可控；并且本发明的制备方法温度低，适用于对温度比较敏感的基材表面镀层制备。

技术领域

本发明属于基体表面防护技术领域，具体涉及一种硅酸钇涂层及其制备方法与应用，尤其涉及一种硅酸钇涂层及其高通量制备方法与应用。

背景技术

硅酸钇有Y₂SiO₅、Y₂Si₂O₇、Y₄Si₃O₁₂三种晶相结构。Y₂SiO₅为单斜二轴晶系，有低温相和高温相两种单斜结构。Y₂Si₂O₇晶相按低温相到高温相排序，包括_α-Y₂Si₂O₇、β-Y₂Si₂O₇、γ-Y₂Si₂O₇、δ-Y₂Si₂O₇(高温单斜相)等多种晶型。此外还有高Y含量的Y₄Si₃O₁₂晶相，同样属于高温相。这些高温相赋予了硅酸钇材料高熔点特性，上述三种相对应的晶体材料熔点分别为1980℃、1775℃和1950℃。此外，硅酸钇还兼具低杨氏模量、低热膨胀系数、低高温挥发率、低高温氧气渗透率和耐化学腐蚀等优异物理化学性能，是石墨、C/C-SiC复合材料和SiC结构陶瓷等高性能材料表面防护用高温抗氧化涂层的理想材料之一，在航空航天、军事及民用等领域极具应用前景。此外，硅酸钇可用作光学基质材料和介电材料等，在光学以及微电子等领域也存在应用潜力。特别是Y₂Si₂O₇在紫外激发下具有较好的亮度值及色饱和度；还能在保持高电容前提下具有高介电常数和低遂穿电流，是一种新型电子、光学和耐高温材料。

目前，有关硅酸钇的制备方法主要有：热等静压法、熔浆涂覆烧结法、等离子体喷涂法、原位形成法以及水热电沉积法、脉冲激光沉积等。这些制备方法都具有独特的优点，但均存在不足之处：制备工艺复杂、反应条件苛刻、需后期晶化处理等。热等静压法工艺参数多，对复杂形状基材加工难度大。等离子体喷涂法制备的硅酸钇涂层中有空隙，致密度不够，且涂层易开裂。烧结方法简单方便、成本低，适合大尺寸涂层制备，不足之处在于涂层均匀性差，与基材结合强度低。水热电解沉积法、溶胶-凝胶法也存在致密性不足的缺点。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种硅酸钇涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种硅酸钇涂层的制备方法，其包括：

提供基体；

采用磁控溅射技术，将所述基体固定于样品台上，分别以钇靶和硅靶为磁控阴极靶材，所述钇靶连直流电源，所述硅靶连接射频电源，以保护性气体、氧气为工作气体，对基体施加脉冲负偏压，从而在所述基体表面共溅射沉积形成硅酸钇涂层；其中，所述直流电源的电流为0.2～0.4A，所述射频电源的功率为100～300W，所述工作气体的气压为2.5～10mTorr。