通过CVD工艺控制实现Graphite/SiC耐氧化与抗热震性能的协同增强效应

摘要

化学气相沉积（CVD）技术能够制备高质量的涂层材料，被广泛应用于碳化硅（SiC）涂层及SiC复合材料的制备。然而要制备结构致密、无裂纹且化学计量比可控的SiC涂层材料，必须精确调控制备过程中的温度、压力、气体流速及气体配比等工艺参数。本文以甲基三氯硅烷（MTS）作为前驱体，通过精确调控CVD过程中“过渡区”的工艺窗口，成功在石墨基上制备了Si C涂层，并通过对比和观察CVD过程中沉积温度（1150℃～1250℃）、系统总压（1 kPa～10 k Pa）以及H₂/MTS摩尔比值（5, 10, 15）等工艺参数对SiC涂层的微观结构、生长动力、晶体结构、组成成分的协同影响，首次确定了一组最优工艺参数（1200℃、10 kPa、H₂/MTS=5），并在此最优工艺参数下制备出了结构致密、具有（111）择优取向的晶体结构，且化学计量比接近1的Si C涂层石墨材料（Graphite/SiC）。该Graphite/SiC表现出优异的抗氧化性能：在1000℃静态空气环境下保温3 h后，质量损失率仅为1.46%(即2.34 mg·cm^-2)；同时展现出卓越的抗热冲击性能，可承受多达58次严苛热震循环（900℃→室温水淬）。本研究不仅深入揭示了CVD工艺条件下Si C涂层的生长机制，同时提出了一种“可预测、可扩展”的工艺设计策略，为石墨部件表面防护提供了重要技术途径，拓展了其在半导体以及航空航天环境中的应用。

关键词

CVD / Graphite/SiC / 抗氧化性 / 抗热震性 / 工艺优化 / 协同效应