本發(fā)明屬于涂層的制備方法領域，特別涉及管狀基體內(nèi)壁均勻鎢涂層的制備方法。
技術背景
鎢不僅具有熔點高，密度大，蒸氣壓低等優(yōu)良的物理特征，同時也表現(xiàn)出與眾不同的化學特征，一般情況下，鎢的化學性能很穩(wěn)定，有良好的抗氧化和抗腐蝕性能，只有在特殊介質(zhì)中才能發(fā)生氧化和腐蝕溶解。由于具有優(yōu)異的物理化學性能，金屬鎢被廣泛應用于電子、光學、軍事、航空和能源等不同領域。鎢涂層可以采用蒸發(fā)鍍、離子濺射、化學氣相沉積等方法獲得，其中化學氣相沉積工藝在管狀材料內(nèi)壁、復雜異形基體上制備出具有高純度、高致密度和與基體結(jié)合良好的鎢涂層，具有廣泛的應用領域。
化學氣相沉積法制備純鎢材料是在常壓或者低壓條件下，以氫氣和鎢的鹵化物或羰基氣體為原料，在特定溫度條件的基體材料表面通過相互間的還原反應最終獲得鎢涂層或零件。隨著CVD-W工藝的成熟，工業(yè)上廣泛的采用高純六氟化鎢(WF6)和氫氣(H2)為原料，在特定反應溫度下通過化學反應獲得高純鎢材料。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決管內(nèi)壁化學氣相沉積鎢涂層不均勻的問題，本發(fā)明提出了一種在化學氣相沉積過程中，通過操作來提高鎢涂層均勻性的方法。
本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的：一種在化學氣相沉積鎢涂層的實驗方法，CVD過程中改變混合反應氣體的通入方向并旋轉(zhuǎn)管基體。
化學氣相沉積設備為常壓熱壁開管氣流化學氣相沉積實驗設備，實驗基體選用外徑為10mm，壁厚1mm的紫銅管；實驗原料為高純氫氣和六氟化鎢；化學氣相沉積實驗中，通過加熱沉積基體至沉積工藝溫度，參與化學反應的混合氣體在被加熱基體表面吸附、發(fā)生化學反應、生成難熔金屬鎢原子，金屬鎢原子在沉積基體表面的聚集形核長大，形成難容金屬鎢沉積層。在管狀基體內(nèi)表面沉積鎢涂層時，由于反應氣體存在比重偏析，造成管內(nèi)壁上、下部位反應氣體濃度不同，導致膜層沉積生長速率不同，導致沉積鎢涂層沿管徑方向存在很大差異。反應氣體在通入反應室過程中不斷被加熱升溫，且伴隨氣相沉積反應發(fā)生氣體成分發(fā)生改變，造成沉積涂層厚度沿管內(nèi)壁軸向方向不同。
本發(fā)明一種提高CVD法在長管內(nèi)壁制備鎢涂層均勻性的方法，其特征在于，采用的設備是電機和帶輪帶動長管基體轉(zhuǎn)動，長管基體置于加熱爐中，但長管的兩端在加熱爐外，左端和右端分別與一個三通管結(jié)構(gòu)裝置聯(lián)通，左端三通管結(jié)構(gòu)裝置的另外兩個端口中，一個端口與氣體進口連接，另一個端口與氣體出口連接；右端三通管結(jié)構(gòu)裝置的另外兩個端口中，一個端口與氣體進口連接，另一個端口與氣體出口連接，與進氣口和出氣口連接的三通管結(jié)構(gòu)裝置管路中均設有閥門；具體步驟如下：將長管基體加熱到實驗溫度并通入氫氣，保溫30～60分鐘，沉積過程中保持長管基體以1～20轉(zhuǎn)/分鐘旋轉(zhuǎn)，然后按比例通入六氟化鎢氣體；沉積進行到一半時間時通過改變閥門的開關從而改變混合氣體在長管基體內(nèi)的通入方向，將長管基體內(nèi)的出氣端變?yōu)闅怏w的進氣端，進氣端變?yōu)槌鰵舛耍磻瓿珊蠹纯傻玫胶穸染鶆虻逆u涂層。
優(yōu)選高純氫氣(99.999％)：六氟化鎢(99.99％)的用量關系優(yōu)選1升：(0.3-3g)：
加熱溫度為500-700℃。
長管基體的長度可達30cm-3米，甚至更長。
沉積進行到一半時間時指的是達到理論時間的一半。
本發(fā)明中，所用的原料及試劑包括：高純氫氣(99.999％)；六氟化鎢(99.99％)；紫銅管(T3；外徑為10mm；壁厚1mm)。
本發(fā)明中，所用的加熱爐為熱壁式電阻加熱爐加熱。
本發(fā)明中，長管基體為紫銅管，在紫銅管內(nèi)壁上發(fā)生反應。
本發(fā)明所提供的CVD鎢涂層通過金相顯微鏡觀察和測量，得到軸向和管內(nèi)壁內(nèi)徑向均勻型均提高的鎢涂層。較相同條件下自然沉積出的鎢涂層厚度差降低34.1％，相同厚度鎢涂層的覆蓋長度增加。
附圖說明
圖1為化學氣象沉積旋轉(zhuǎn)換向設備圖。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領域的研究人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提之下，還可以做出若干調(diào)整和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
實施例中采用外徑為10mm，壁厚1mm，長度為30cm，T3紫銅管為沉積基體。進行以下各實施例。
實施例1
步驟一，接通實驗氣路和電路，打開通風機，將WF6氣瓶放入氣瓶加熱室加熱；向反應室內(nèi)通入氫氣，并將反應出氣口出氣點燃；開沉積室電源。
步驟二，保持基體以5轉(zhuǎn)/分鐘旋轉(zhuǎn)；沉積室溫度到550℃并保溫半小時后；通入反應混合氣，保持H2流量為1L/min，WF6氣體流量比為1.5g/min，進行沉積(混合氣體流動方式為A)；沉積15min后改變混合氣體通入方向再次沉積15min(混合氣體流動方式為B)；關閉WF6氣瓶閥門及加熱爐結(jié)束沉積；在氫氣保護下緩慢降溫至100℃以下完成鎢涂層沉積制備過程。
實施效果：本實施例制備得到的鎢涂層厚度為232.31mm，徑向厚度差為26.67mm，超過200mm厚度的鎢涂層的長度為9cm，未采用本操作方法時涂層厚度245.72mm，徑向厚度差為40.5mm，超過200mm厚度的鎢涂層的長度為7.6cm，涂層軸向厚度均勻性同比提高15.4％，徑向厚度均勻性提高34.1％，拉伸試驗及涂層與基體結(jié)合力測試結(jié)果顯示沉積過程中改變氣體流動方向未對鎢涂層強度及涂層結(jié)合力產(chǎn)生顯著影響。
管內(nèi)壁CVD所得鎢涂層通過金相顯微鏡觀察，經(jīng)過測量，得到軸向的鎢涂層厚度變化，鎢涂層的厚度由中間位置到兩端逐漸變薄，厚度變化緩慢，厚度均勻區(qū)加長。
管內(nèi)壁CVD所得鎢涂層通過金相顯微鏡觀察，經(jīng)過測量，得到管內(nèi)壁內(nèi)徑向鎢涂層厚度變化，與常規(guī)CVD方法沉積得到的鎢涂層比較，鎢涂層在管內(nèi)壁分布均勻，沒有明顯的凸起，涂層厚度的最大值與最小值之差明顯減小。