一个水浴加 热箱中进行加热，当通入此时其经过液态Tick时会带出Tick饱和蒸汽。Ti(n4饱和蒸汽的 量与载气出的量关系，根据道尔顿分压定律有如下公式：
[0035] Ft=(3.06X1〇-2PtFh)/RT
[0036] 其中Ft指Tick气体流量;Ρτ指Tick在溫度T下的饱和蒸汽压;Fh指此的流量;R指气 体常数;巧旨Tick液体的加热溫度。运里加热溫度控制在80°C(±20°C); (2)其次是直流电 加热系统，纤维需要提供一定的溫度才能使Tick与此气体在其表面发生反应，因此通入直 流电给纤维加热到一定溫度，直流电由直流电控制台提供；（3)最后是气体管道加热系统， 为了避免或减少Tick在气体管道上的冷凝，在沉积反应室进气管道和排气管道上都缠上 了加热带，通常加热溫度在120°C~160°C，保证气体流动经过管道时不会发生冷凝。
[0037] 所述3的冷却系统为所述2沉积反应室两端的冷却循环水系统，玻璃接头里水银槽 周围的循环水可给接触反应壁的水银降溫，同时对沉积反应室起到密封作用。
[0038] 所述的尾气处理系统是将所述沉积反应室的出气管道连接至由抽风累控制的通 风道中，考虑高度问题，排气管和通风道为水平连接。通风道连接装有碱性溶液的箱子，尾 气经过碱性溶液清洗后排入大气中。
[0039] 本发明所采用的原材料物质包括SiC纤维、11〇4液体试剂、出和Ar。其中SiC纤维为 国产SiC纤维(纤维直径为100μπι左右并包含直径为16μπι的鹤忍），Tia4为反应源物质，此为 还原剂和载气，Ar为稀释气体。设及的工艺参数包括11札气体流量、出流量、Ar流量、溫度和 时间等。
[0040] 本发明的操作步骤如下：
[0041] 1、截取一段SiC纤维进行穿丝，长度比玻璃管长20cm左右，即将纤维通过一端的玻 璃接头再穿过沉积反应室玻璃管，最后到达另一端的玻璃接头，此时在纤维两端通过夹具 使纤维固定拉直，其中一端连接弹黃拉力计，拉力一般设定在0.1~0.6N。
[0042] 2、穿丝后在两端玻璃接头的水银槽中注入足量的水银，保证纤维完全浸入在水银 中，最后将充当正负极的铜片电极插入水银中，用真空密封油脂将沉积室玻璃管两端口的 玻璃接头对接并密封。
[0043] 3、密封好沉积反应室后，打开水浴加热装置，设置好水浴溫度。再打开氨气瓶和氣 气瓶的气闽，将气压调整至正常的输出压，同时打开抽风累，开始通入氣气和氨气一段时 间，确保排尽整个装置中的空气。
[0044] 4、排气完成后开启冷却循环水装置和直流电控制台，首先调节流量计控制氣气、 氨气和四氯化铁气体的流量，其次通过直流电控制台调整纤维加热溫度至l〇〇〇°C~1200 °C，使四氯化铁发生化学反应被还原成铁，设定好沉积所需时间，从而在纤维上制备出一定 厚度的铁涂层。
[0045] 5、涂层制备结束后，依次关闭直流电控制台、所有气瓶的气闽和所有气体流量计、 水浴加热装置、加热带和抽风隶，最后拆开沉积反应室两端的玻璃管，将具有铁涂层的纤维 取出。
[0046] 图3所示纤维表面铁涂层制备的【具体实施方式】如下：
[0047] 首先，截取长度为Im的SiC纤维进行穿丝，即将纤维通过一端的玻璃接头再穿过沉 积反应室玻璃管，最后到达另一端的玻璃接头，此时在纤维两端通过夹具使纤维固定拉直， 其中一端连接弹黃拉力计，将拉力设定在0.2N。
[004引其次，穿丝后在两端玻璃接头的水银槽中注入5ml水银，保证纤维完全浸入在水银 中，最后将充当正负极的铜片电极插入水银中，用真空密封油脂将沉积室两端口的玻璃接 头对接并密封。注意真空油不能使用太多，否则在高溫作用下，真空油牢牢粘结玻璃管和玻 璃支架而无法拆卸。密封好的标准是轻摇一端的玻璃接头，另一端的玻璃接头也轻轻摇动， 且两个对接处都无相对滑动。
[0049] 然后，密封好沉积反应室后，打开水浴加热装置开关，设置水浴溫度在90°C。再打 开氨气瓶和氣气瓶的气闽，将气压调整至输出压为1.2atm，同时打开抽风累，开始每隔5分 钟通入氣气和氨气1分钟，持续30分钟，确保排尽整个装置中的空气。
[0050] 接着，排气完成后开启冷却循环水装置和直流电控制台，首先调节流量计控制氣 气、氨气和四氯化铁气体的流量分别为300ml/min、600ml/min和300ml/min，其次通过直流 电控制台调整纤维加热溫度至ll〇〇°C，使四氯化铁发生化学反应被还原成铁，设定沉积时 间为15min，从而在纤维上制备出图3所示的铁涂层。
[0051] 最后，涂层制备结束后，依次关闭直流电控制台、所有气瓶的气闽和所有气体流量 计、水浴加热装置、加热带和抽风隶，最后拆开沉积反应室两端的玻璃管，将具有铁涂层的 纤维取出。
[0052]表1纤维涂层制备方法的优化工艺参数 [0化3]
【主权项】
1. 一种SiC纤维表面的钛涂层的制备方法，其特征在于步骤如下： 步骤1:将SiC纤维穿过管状沉积反应室中，以0.1~0.6N的拉力将SiC纤维拉直； 步骤2:在管状沉积反应室中注入水银，使SiC纤维浸渍在水银之中；将充当正负极的铜 片电极插入水银中，密封管状沉积反应室中所有的端口； 步骤3:通入氩气和氢气使得管状沉积反应室和TiCl4液体容器中的空气被排出； 步骤4:再继续通入氩气、氢气和四氯化钛气体10~30min，同时加热温度至1000°C~ 1200°C;所述四氯化钛气体的流量为300~600ml/min;所述氩气的流量为200~400ml/min; 所述氢气的流量为300~600ml/min; 步骤5:停止加热和通气，拆开管状沉积反应室，抽出具有钛涂层的SiC纤维。2. 根据权利要求1所述SiC纤维表面的钛涂层的制备方法，其特征在于:所述H#PAr纯度 均大于99.999 %。3. -种实现权利要求1或2所述SiC纤维表面的钛涂层的制备方法的装置，其特征在于 包括第一氢气压力瓶(4)、第二氢气压力瓶(6)、氩气压力瓶(2)、水浴加热器(7)、沉积反应 室（10)、直流电控制台（13)和抽气栗（12);所述沉积反应室（10)为管状密封结构，反应室两 端的玻璃接头中部设有用于置放水银的水银槽（16)，电极通过电极通孔（15)插入水银槽 (16);沉积反应室（10)的两端设有进气口（14)和出气口（17)，水银槽（16)的底部设有冷却 水进口（18)和冷却水出口（19);第一氢气压力瓶(4)、第二氢气压力瓶(6)和氩气压力瓶(2) 的输出端并联后联通沉积反应室（1 〇)的进气口（ 14 )，沉积反应室（10)的出气口（ 17)连接抽 气栗（12);所述水浴加热器(7)内放置TiCl4液体的容器。4. 根据权利要求3所述的制备装置，其特征在于:所述第一氢气压力瓶(4)的出口连接 第一氢气流量计(3)。5. 根据权利要求3所述的制备装置，其特征在于:所述第二氢气压力瓶(6)的出口连接 第二氢气流量计(5)。6. 根据权利要求3所述的制备装置，其特征在于:所述氩气压力瓶(2)的出口连接氩气 流量计（1)。7. 根据权利要求3所述的制备装置，其特征在于:所述两个氢气压力瓶和氩气压力瓶的 量程均为2L/min。8. 根据权利要求3所述的制备装置，其特征在于:所述沉积反应室（10)采用玻璃管或石 英管，两端采用玻璃接头联接和密封。9. 根据权利要求3所述的制备装置，其特征在于:所述沉积反应室的进气管道和排气管 道上缠有防止TiCl4在气体管道上的冷凝的加热带。
【专利摘要】本发明涉及一种SiC纤维表面的钛涂层的制备方法及装置，采用化学气相沉积(CVD)方法在SiC纤维表面制备一定厚度的钛涂层作为制备钛基复合材料的先驱丝。通过调节TiCl4气体流量、H2流量、Ar流量、温度和时间等工艺参数，在SiC纤维表面制备得到了一定厚度的钛涂层，在实验温度下钛涂层沉积速率最高可达到16μm/min，有希望提高钛基复合材料的制备效率并降低成本。本发明提供的装置：固定拉直纤维避免了加热温度高的纤维贴壁对玻璃管而造成损害，在气体管道上缠上加热带给管道加热，避免气态TiCl4流经气体管道时冷凝成液体粘附在其内壁；水银槽周围的冷却循环水系统可给接触反应壁的水银降温，避免其在空气中被人体吸收而造成严重的健康危害。
【IPC分类】C23C16/44, C23C16/458, C22C47/04, C23C16/14
【公开号】CN105525272
【申请号】CN201510943507
【发明人】罗贤, 杨延清, 吴帅, 刘帅, 金娜
【申请人】西北工业大学
【公开日】2016年4月27日
【申请日】2015年12月16日