石墨材料在真空金鍍膜方面的應用

  石墨材料作為早期蒸鍍金屬的蒸發源材料，具有許多優良的性質，如良好的 耐高溫性、熱穩定性，良好的導電性，較好的抗熱震性能等。然而石墨材料在高 溫下易氧化、易與蒸鍍的金屬發生化學反應導致坩堝開裂，影響使用壽命。六方 BN與石墨具有相同的晶體結構，極為相似的熱膨脹系數和熱導率，優良的耐冷 熱循環沖擊特性，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械加工性能。如果將石墨與六方BN制成 C／h—BN疊層狀復合材料，根據復合材料的加和性，C／h-BN材料可保持單相的性 質，同時具有兩者共同優良的性質，這樣為設計和制造新型的具有高耐熱沖擊性 的熱匹配型的蒸發源材料提供了極大的可能。 本文采用熱壓燒結和SPS燒結兩種燒結技術制備了C／h-BN層狀復合材料， 通過對石墨層與BN層之間的界面層進行設計，研究了燒結方式、燒結溫度、保 溫時間、BN層厚度、中間層成分等參數對材料結構和性能的影響。 在C／h．BN層狀復合材料的熱壓燒結研究中，BN的致密度隨著燒結溫度的 升高而增大，隨著燒結溫度的升高，材料界面結合狀態逐漸改善，層間出現了過 渡區域。燒結溫度越高，層狀復合材料的層間結合強度越高；研究表明，過長的 保溫時間對材料力學性能不利，材料的抗熱震性能是隨著燒結溫度的升高是逐漸 提高的。 采用SPS燒結技術制備了C／h．BN層狀復合材料。研究發現，隨著燒結溫度 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 材料界面結合不利。這可能與BN晶粒異常長大有關。隨著燒結溫度的升高，元 素擴散加劇，過渡層的厚度越厚，材料的層問界面結合強度升高，石墨層與BN 層結合的越好。試樣的抗熱震性能在保溫較短的時間內隨著燒結溫度的升高也是 逐漸增加的。而在保溫較長的時間(15 rain)內，試樣的抗熱震性能先增加后減 小。試樣隨著BN厚度的增加，其界面的結合狀況是逐漸劣化的。 研究表明，適當的中間層有利于C／h-BN層狀復合材料的層間結合。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％ 的試樣進行燒結。研究發現，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，當鋁含量達到80wt％時，有極 少量的A14C3生成。熱壓燒結與SPS燒結相比，熱壓燒結時間較長，對材料界面  的形成不利；而SPS燒結時間較短，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，界面結合也越來越好。與熱壓燒結相比，SPS燒結制得的試樣中Al元素向BN層擴散的距離要大一些，而且向石墨層擴散的距離要小一些。隨著中間層鋁含量的增多，材料抗熱震性能先增加后減小．中間層鋁含量超過40wt％后，材料層間結合強度大于BN自身的拉伸強度。