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碳碳復(fù)合材料化學(xué)致密化工藝基本方法
化學(xué)氣相沉積碳/碳復(fù)合材料的基本方法
CVD方法包括等溫法、熱梯度法、差壓法、脈沖法和等離子體輔助CVD法。
1等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PACVD):在常規(guī)化學(xué)氣相沉積技術(shù)中，需要外部加熱碳和氫以進(jìn)行初始反應(yīng)。體分解，而在PACVD技術(shù)中，利用等離子體中電子的動(dòng)能來(lái)激發(fā)氣化學(xué)反應(yīng)。離子加強(qiáng)化學(xué)氣相沉積輝光放電等離子體是一種被高頻電場(chǎng)電離的低壓低溫氣體。等離子體的電離狀態(tài)由以下因素決定電子的高能量是以某種方式維持的。當(dāng)施加電場(chǎng)時(shí)，因?yàn)殡娮拥馁|(zhì)量是光，所以電子的透射能量高。同時(shí)，由于等離子體中電子和離子的質(zhì)量差異，能量從電子向離子的轉(zhuǎn)移受到限制，導(dǎo)致電子當(dāng)高能電子引起電離并通過(guò)與烴氣體的相互作用時(shí)，動(dòng)能迅速增加到可以發(fā)生非彈性碰撞的程度。分子相互作用形成自由基，自由基在坯體中聚合形成沉積碳。因?yàn)榈入x子體具有高的能量，所以化學(xué)反應(yīng)在相當(dāng)?shù)偷臏囟认?一般低于300℃)被激發(fā)。同時(shí)，由于它的非均衡性性，等離子體不會(huì)加熱碳?xì)錃怏w和坯體。然而，PACVD和常規(guī)CVD之間的化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)原理不是同理，沉積碳的結(jié)構(gòu)也大不相同。
2.等溫法:即將坯體置于等溫空間，在適當(dāng)?shù)膲毫ο拢粩鄰呐黧w表面除去烴類氣體。通過(guò)表面，通過(guò)氣體的擴(kuò)散，反應(yīng)氣體進(jìn)入樣品的孔中進(jìn)行沉積。該方法的特點(diǎn)是工藝簡(jiǎn)單。但是周期很長(zhǎng)，產(chǎn)品容易產(chǎn)生表面涂層，最終密度不高。
3.差壓法:差壓法是浸泡法的一種變體，是沿坯體厚度方向一定的氣體壓力。差，反應(yīng)氣體被迫通過(guò)多孔體。該方法具有沉積速度快、沉積滲透時(shí)間短、碳沉積均勻的優(yōu)點(diǎn)甚至，產(chǎn)品不容易形成表面涂層。
4脈沖法:此法是一種改進(jìn)的浸泡法。在沉積過(guò)程中，脈沖閥用于交替充氣和排氣。排空和抽真空的過(guò)程有利于氣體反應(yīng)產(chǎn)物的排除。脈沖法適用于C/C，因?yàn)樗梢栽黾哟┩干疃取?fù)合材料在后期被致密化。
5熱梯度法:坯體內(nèi)外表面形成一定的溫差，烴類氣體流經(jīng)坯體的低溫表面。樣，也依靠氣體擴(kuò)散，將反應(yīng)氣體擴(kuò)散到微孔中進(jìn)行沉積，因?yàn)榉磻?yīng)氣體首先接觸。是低溫表面，因此，大量沉積發(fā)生在樣品的內(nèi)側(cè)，表面很少或沒有沉積。隨著沉積過(guò)程的進(jìn)行生坯的內(nèi)側(cè)被致密化，內(nèi)外表面之間的溫差變得越來(lái)越小。沉積區(qū)逐漸向外移動(dòng)，最終得到由內(nèi)向外完全致密的產(chǎn)品。該方法周期短，產(chǎn)品密度高。存在的問題是重復(fù)性差，不能同時(shí)沉積不同的物體和多個(gè)物體，物體的形狀不能太復(fù)雜了。
