石墨材料在真空金鍍膜方面的應(yīng)用

  石墨材料作為早期蒸鍍金屬的蒸發(fā)源材料，具有許多優(yōu)良的性質(zhì)，如良好的 耐高溫性、熱穩(wěn)定性，良好的導(dǎo)電性，較好的抗熱震性能等。然而石墨材料在高 溫下易氧化、易與蒸鍍的金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致坩堝開裂，影響使用壽命。六方 BN與石墨具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，極為相似的熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率，優(yōu)良的耐冷 熱循環(huán)沖擊特性，是最理想的熱匹配體系。而且BN對熔融金屬的耐腐蝕性也很 好，具有良好的高溫電絕緣性和機(jī)械加工性能。如果將石墨與六方BN制成 C／h—BN疊層狀復(fù)合材料，根據(jù)復(fù)合材料的加和性，C／h-BN材料可保持單相的性 質(zhì)，同時具有兩者共同優(yōu)良的性質(zhì)，這樣為設(shè)計(jì)和制造新型的具有高耐熱沖擊性 的熱匹配型的蒸發(fā)源材料提供了極大的可能。 本文采用熱壓燒結(jié)和SPS燒結(jié)兩種燒結(jié)技術(shù)制備了C／h-BN層狀復(fù)合材料， 通過對石墨層與BN層之間的界面層進(jìn)行設(shè)計(jì)，研究了燒結(jié)方式、燒結(jié)溫度、保 溫時間、BN層厚度、中間層成分等參數(shù)對材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。 在C／h．BN層狀復(fù)合材料的熱壓燒結(jié)研究中，BN的致密度隨著燒結(jié)溫度的 升高而增大，隨著燒結(jié)溫度的升高，材料界面結(jié)合狀態(tài)逐漸改善，層間出現(xiàn)了過 渡區(qū)域。燒結(jié)溫度越高，層狀復(fù)合材料的層間結(jié)合強(qiáng)度越高；研究表明，過長的 保溫時間對材料力學(xué)性能不利，材料的抗熱震性能是隨著燒結(jié)溫度的升高是逐漸 提高的。 采用SPS燒結(jié)技術(shù)制備了C／h．BN層狀復(fù)合材料。研究發(fā)現(xiàn)，隨著燒結(jié)溫度 的升高，BN的致密度也是逐漸增加的。高溫下過長的保溫時間對BN致密度和 材料界面結(jié)合不利。這可能與BN晶粒異常長大有關(guān)。隨著燒結(jié)溫度的升高，元 素擴(kuò)散加劇，過渡層的厚度越厚，材料的層問界面結(jié)合強(qiáng)度升高，石墨層與BN 層結(jié)合的越好。試樣的抗熱震性能在保溫較短的時間內(nèi)隨著燒結(jié)溫度的升高也是 逐漸增加的。而在保溫較長的時間(15 rain)內(nèi)，試樣的抗熱震性能先增加后減 小。試樣隨著BN厚度的增加，其界面的結(jié)合狀況是逐漸劣化的。 研究表明，適當(dāng)?shù)闹虚g層有利于C／h-BN層狀復(fù)合材料的層間結(jié)合。中間層 的材料體系為A1．BN混合物。采用中間層鋁含量為20wt％、40wt％、60wt％、80wt％ 的試樣進(jìn)行燒結(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，在鋁含量較低情況下，中間層主要生成物的是A1N， 隨著鋁含量的增多，中間層生成的A1N也越多，當(dāng)鋁含量達(dá)到80wt％時，有極 少量的A14C3生成。熱壓燒結(jié)與SPS燒結(jié)相比，熱壓燒結(jié)時間較長，對材料界面  的形成不利；而SPS燒結(jié)時間較短，有利于形成良好的界面。試樣中間層A1N厚度隨著鋁含量的增加逐漸增大，界面結(jié)合也越來越好。與熱壓燒結(jié)相比，SPS燒結(jié)制得的試樣中Al元素向BN層擴(kuò)散的距離要大一些，而且向石墨層擴(kuò)散的距離要小一些。隨著中間層鋁含量的增多，材料抗熱震性能先增加后減?。虚g層鋁含量超過40wt％后，材料層間結(jié)合強(qiáng)度大于BN自身的拉伸強(qiáng)度。