一种碳化铪涂层的安全高效制备方法与流程

本发明属于镀覆涂层，具体地说，涉及一种碳化铪涂层的安全高效制备方法。

背景技术：

1、碳/碳复合材料由于具有优异的高温机械性能，如低密度、低热膨胀系数、良好的抗热震性和良好的耐热性，被认为是最有前途的热结构材料之一。然而，碳/碳复合材料在含氧的烧蚀环境中会严重恶化，这限制了它们在高温结构部件中的应用，制备抗烧蚀涂层是解决这个问题的有效方法。

2、碳化铪具有高熔点(3890℃)、低蒸汽压、相稳定性极强、良好的力学性能、优越的抗热冲击和抗烧蚀性能等优点，被广泛认为是用于碳/碳复合材料的抗烧蚀涂层合适的候选材料。碳化铪涂层的制备技术包括等离子喷涂法、化学气相沉积法、热压和包埋填充法。其中，化学气相沉积法因其沉积温度低、均匀性好、致密度高而备受关注，是制备高质量碳化铪涂层的主要方法。

3、迄今为止，化学气相沉积法制备碳化铪涂层主要是使用氯化铪作为前驱体。氯化铪小分子前驱体的使用有利于前驱体的分解和涂层的组分和结构的设计。然而氯化物的使用会腐蚀设备，所排放尾气会造成环境污染，还会带来安全问题。而使用大分子的含铪有机前驱体在制备过程中不会对设备造成腐蚀，尾气也不污染环境，安全性较高。然而通过常规cvd工艺难以直接使用含铪有机前驱体制备碳化铪涂层。因此，开发一种基于含铪有机前驱体的安全高效制备碳化铪涂层材料的方法具有重要意义和价值。

技术实现思路

1、本发明的所要解决的技术问题在于提供一种基于含铪有机前驱体制备碳化铪涂层的安全高效制备方法。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案为：

3、一种碳化铪涂层的安全高效制备方法，采用激光化学气相沉积法，包括如下步骤：

4、基板清洗，将反应用的基板放置到超声清洗仪中进行清洗，将基板清洗干净；

5、连接设备，将原料罐的出气口通过气管连接喷嘴，再将喷嘴与激光化学气相沉积装置的沉积腔体的进料口相连，所述原料罐的进气口用于通入承载气体，所述气管中部设有用于通入反应气体的反应进气口，所述原料罐中存放前驱体；

6、放置基板，将基板放置到激光化学气相沉积装置的沉积腔体中并使基板位于激光化学气相沉积装置的激光覆盖范围内；

7、设备抽真空，对整套设备进行抽真空处理，使整套设备内部处于真空环境；

8、原料罐加热，对原料罐、气管及喷嘴进行加热，使原料罐内的前驱体升华成前驱体气体；

9、构建反应环境，同时通入承载气体与反应气体，使承载气体带动前驱体气体与反应气体共同进入沉积腔体内，直至沉积腔体内的压强处于沉积压强中，随后稳定5分钟；

10、进行反应，打开激光对基板进行照射，使基板表面开始升温到达反应温度，随后与前驱体气体以及反应气体进行反应开始沉积反应，沉积10min；

11、后处理，沉积反应结束后，关闭激光，停止承载气体及反应气体的通入，对设备进行抽真空，随后等待基板冷却至室温，将基板取出，在基板表面覆有碳化铪涂层；

12、其中，所述基板为碳/碳复合材料基板或石墨基板，前驱体为含铪有机物，所述承载气体为氩气，所述反应气体为ch4以及稀释气体h2。

13、优选的，所述气管上设有两个反应进气口，用于分别通入所述ch4与所述稀释气体h2。

14、具体的，所述构建反应环境的步骤中，通入的氩气的流量为50~200sccm，通入的ch4的流量为50~200sccm，通入稀释气体h2的流量为300~1000sccm。

15、优选的，所述前驱体为乙酰丙酮铪（hf(acac)4）、乙醇铪（hf[c2h5o]4）和正丁醇铪（hf[c4h10o]4）其中至少一种混合而成。

16、优选的，所述ch4的纯度至少为99vol%，所述氩气的纯度至少为99vol%，所述稀释气体h2的纯度至少为99 vol%。

17、具体的，所述原料罐加入步骤中，分别对所述原料罐、所述气管与所述喷嘴进行加热使其温度达到200~400℃。

18、具体的，所述构建反应环境步骤中，所述沉积压强为400~1500pa。

19、具体的，所述进行反应步骤中，激光所发射的光线波长在700~1200nm。

20、具体的，所述反应温度为1550~1700℃。

21、本发明具有以下有益效果：本发明通过采用功能含铪有机物作为前驱体，制备过程不污染环境，安全性高，并且利用激光光线的高能量密度直接作用于机体上，有效的调控前驱体的分解，依次控制涂层的组分和结构，从而达到安全高效进行制备碳化铪涂层的目的，所得碳化铪涂层稳定性极强，具备优越的抗热冲击和抗烧蚀性能等优点，且沉积速率较高，仅需短时间沉积即可获得所需碳化铪涂层，该方法使用方便，耗时短，有效减少资源的损耗。

技术特征：

1.一种碳化铪涂层的安全高效制备方法，其特征在于，采用激光化学气相沉积法，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述碳化铪涂层的安全高效制备方法，其特征在于：所述气管上设有两个反应进气口，用于分别通入所述ch4与所述稀释气体h2。

3.根据权利要求2所述碳化铪涂层的安全高效制备方法，其特征在于：所述构建反应环境的步骤中，通入的氩气的流量为50~200sccm，通入的ch4的流量为50~200sccm，通入稀释气体h2的流量为300~1000sccm。

4.根据权利要求1所述碳化铪涂层的安全高效制备方法，其特征在于：所述前驱体为乙酰丙酮铪、乙醇铪和正丁醇铪其中至少一种混合而成。

5.根据权利要求1所述碳化铪涂层的安全高效制备方法，其特征在于：所述ch4的纯度至少为99%，所述氩气的纯度至少为99%，所述稀释气体h2的纯度至少为99%。

6.根据权利要求1所述碳化铪涂层的安全高效制备方法，其特征在于：所述原料罐加入步骤中，分别对所述原料罐、所述气管与所述喷嘴进行加热使其温度达到200~400℃。

7.根据权利要求1所述碳化铪涂层的安全高效制备方法，其特征在于：所述构建反应环境步骤中，所述沉积压强为400~1500pa。

8.根据权利要求1所述碳化铪涂层的安全高效制备方法，其特征在于：所述进行反应步骤中，激光所发射的光线波长在700~1200nm。

9.根据权利要求8所述碳化铪涂层的安全高效制备方法，其特征在于：所述反应温度为1550~1700℃。

技术总结
本发明公开了一种碳化铪涂层的安全高效制备方法，采用激光化学气相沉积法，包括如下步骤：基板清洗；连接设备；放置基板；设备抽真空；原料罐加热；构建反应环境；进行反应，打开激光对基板进行照射，使基板表面开始升温到达反应温度，随后与前驱体气体以及反应气体进行反应开始沉积反应；后处理，将基板取出，在基板表面覆有碳化铪涂层。本发明的一种碳化铪涂层的安全高效制备方法所得碳化铪涂层稳定性极强，具备优越的抗热冲击和抗烧蚀性能等优点，且沉积速率较高，仅需短时间沉积即可获得所需碳化铪涂层，该方法使用方便，耗时短，有效减少资源的损耗。

技术研发人员：章嵩,涂溶,张联盟
受保护的技术使用者：化学与精细化工广东省实验室潮州分中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15