石墨材料在真空金鍍膜方麵的應用

  石墨材料作為(wei) 早期蒸鍍金屬的蒸發源材料，具有許多優(you) 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(yu) 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(yu) 石墨具有相同的晶體(ti) 結構，極為(wei) 相似的熱膨脹係數和熱導率，優(you) 良的耐冷 熱循環衝(chong) 擊特性，是最理想的熱匹配體(ti) 係。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(yu) 六方BN製成 C／h—BN疊層狀複合材料，根據複合材料的加和性，C／h-BN材料可保持單相的性 質，同時具有兩(liang) 者共同優(you) 良的性質，這樣為(wei) 設計和製造新型的具有高耐熱衝(chong) 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(liang) 種燒結技術製備了C／h-BN層狀複合材料， 通過對石墨層與(yu) BN層之間的界麵層進行設計，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層狀複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，材料界麵結合狀態逐漸改善，層間出現了過 渡區域。燒結溫度越高，層狀複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燒結技術製備了C／h．BN層狀複合材料。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 材料界麵結合不利。這可能與(yu) BN晶粒異常長大有關(guan) 。隨著燒結溫度的升高，元 素擴散加劇，過渡層的厚度越厚，材料的層問界麵結合強度升高，石墨層與(yu) BN 層結合的越好。試樣的抗熱震性能在保溫較短的時間內(nei) 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(nei) ，試樣的抗熱震性能先增加後減 小。試樣隨著BN厚度的增加，其界麵的結合狀況是逐漸劣化的。 研究表明，適當的中間層有利於(yu) C／h-BN層狀複合材料的層間結合。中間層 的材料體(ti) 係為(wei) A1．BN混合物。采用中間層鋁含量為(wei) 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(yu) SPS燒結相比，熱壓燒結時間較長，對材料界麵  的形成不利；而SPS燒結時間較短，有利於(yu) 形成良好的界麵。試樣中間層A1N厚度隨著鋁含量的增加逐漸增大，界麵結合也越來越好。與(yu) 熱壓燒結相比，SPS燒結製得的試樣中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後減小．中間層鋁含量超過40wt％後，材料層間結合強度大於(yu) BN自身的拉伸強度。