[发明专利]一种高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为该材料包括非晶SiOC陶瓷基体和Ti元素；Ti元素的60～70％以TiC纳米硬质颗粒增强体状态存在；

其中，硬质颗粒为高强度的TiC纳米晶体颗粒，颗粒无规则形状，尺寸在1-3nm之间，呈面心立方晶体结构排布；在Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料中，Ti元素的原子百分比为10％-50％；

所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料的制备方法，包括如下步骤：

第一步，对表面含有一层200～400nm厚的非晶SiO₂的单晶硅片进行清洗；

使用无水乙醇对硅片进行预清洗，将预清洗后的硅片置于溅射室的载物台上；

第二步，将溅射室的舱门关闭，打开机械泵开始粗抽真空；真空度达到10Pa后开启分子泵，继续抽真空，同时对自动化程序进行预设参数；

预设参数：溅射室本底真空低于9.8×10^-6Pa后，通入氩气，直至溅射室氩气气压为0.2～0.9Pa，氩气纯度99.999％，溅射温度为室温，施加偏压，预设样品台转速为5-15r/min；

第三步，调节SiC靶、SiO₂靶和金属Ti靶的控制电源，三靶同时打开电源进行起辉溅射；SiC靶、SiO₂靶采用射频电源，溅射功率均为20W-100W；Ti靶采用直流电源，溅射功率为5W-120W；溅射时间为2h-10h；

第四步，达到预设的溅射时间后，关闭电源，待基片冷却到室温后，更换相同规格的全新靶材；

第五步，以“第二步至第四步”为一个周期，重复2-10次，可得到厚度6～8μm的Ti-SiOC非晶陶瓷薄膜；

第六步，将制得的Ti-SiOC陶瓷基复合薄膜放在真空管式炉中，高纯氩气气氛下，将管式炉温度加热至600℃-1000℃，保温0.5～1.5h，关闭加热电源，随炉冷却即可得到退火后的Ti-SiOC陶瓷基复合薄膜。

2.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为所述的非晶陶瓷复合材料中，随着Ti元素的原子百分比的增长，陶瓷基复合材料的屈服强度也随之从2.6-3.5GPa上升至6.5-7.5GPa；TiC硬质纳米颗粒的尺寸始终保持在1-3nm之间。

3.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为所述的非晶陶瓷复合材料中，通过后期辐照后，沉积态的Ti-SiOC陶瓷基复合材料的屈服强度由2.6-3.5GPa提升至3.9-4.5GPa，均匀应变由15-21％提升至24-29％；而退火后的Ti-SiOC在辐照后的强度基本保持不变，均匀应变由原来的13-18％提升至20-26％。

4.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为制备方法中，所述的第三步至第四步中的SiC靶材纯度为99.95％，SiO₂靶材纯度为99.995％，金属靶材的纯度均为99.995％。

5.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为制备方法中，所述的方法还包括第七步：在室温或300～1000℃下对薄膜进行0.5-10dpa的离子辐照处理，离子剂量率为1.6×10¹¹ions/cm²·s，辐照离子为800KeV Cu²⁺。

6.如权利要求1所述的高强度、高塑性且耐辐照的Ti-SiOC非晶陶瓷复合材料，其特征为制备方法中，所述的第六步中，高纯氩气的纯度为99.99％，压力为5～10Pa。