慧聰表面處理網：碳化硼塗層具有低密度和高硬度,在1100℃時,其硬度甚至超過金剛石和立方氮化硼,而且碳化硼在常溫下化學性能穩定,幾乎不與酸､鹼發生反應｡因此,碳化硼作為一種有希望廣泛應用於抗摩擦磨損領域的塗層材料,近年來受到國內外一些研究機構的關注｡如美國通用汽車公司通過在齒輪表面塗覆碳化硼塗層,減少了齒面磨損､延長了齒輪壽命｡A.A.Grossman等利用碳化硼塗層對中子吸收能力強的特性,將碳化硼塗層應用於核工業,取得相當不錯的效果｡
但是,目前對碳化硼塗層的研究還不夠深入｡與對其它塗層的研究相比,國外只有少量論文對B4C作為硬塗層進行了探討,而國內相關的研究成果就更少｡本文在目前的研究基礎上,綜述了碳化硼塗層的有關研究成果,探討了碳化硼塗層研究的進展和未來發展方向｡
1、碳化硼塗層的製備方法
碳化硼塗層存在著晶體和非晶體兩種結構,非晶體塗層的硬度低於晶體塗層硬度｡製備碳化硼塗層的方法很多,主要有CVD､真空鍍膜､可調射頻磁濺射､LCVD､微波法､離子濺射等｡實際應用中應根據具體要求採用不同的方法製備碳化硼塗層,爭取獲得最大的效益｡
1.1CVD法製備碳化硼塗層
CVD法是指混和氣體與基體的表面在高溫下相互作用,使混和氣體中的某些成分分解,在基體上形成固態薄膜的方法｡用CVD法製備碳化硼時,所用溫度一般為1000℃~1600℃,採用的反應氣體包括甲烷+BC13､BCl3､,CCl4+BCl3等混合氣體｡CVD碳化硼塗層具有很好的機械､熱力學､電學方面的性能,應用領域廣泛,尤其適用於核工業領域｡
目前對CVD方法製備碳化硼塗層的理論研究仍然很不深人｡例如,為了預測製備過程中的成分､發生的反應,通常採用熱力學分析且假定整個過程是一個平衡過程,然而事實並非如此｡V.Cholet等的研究成果表明,只有在1800K以上的溫度時,碳化硼的沉澱才接近於平衡狀態｡由於缺乏次化學計量碳化硼熱力學數據,CVD的熱力學分析一般只能考慮B4C,但Jansson認為只有一個很窄的區域才能獲得化學計量的B4C;在V.Cholet的研究中,兩種菱形相B13C3是主要產物,伴隨著B13C3的還有一些四方形和正交形的相｡
1.2真空鍍膜製備碳化硼塗層
碳化硼塗層在高溫時易氧化,真空鍍膜採用真空的方法防止碳化硼塗層氧化｡採用真空鍍膜製備碳化硼塗層有很多優點,如不需要很高溫度､不使用有害性氣體等,這使得該項技術在工業領域的應用很廣泛｡為改善塗層性能,在塗層的製備過程中,往往施加偏置電壓,並預先塗鍍中間層｡但在真空噴塗時,由於噴塗壓力和能量密度低,導致碳化硼塗層緻密率降低｡
1.3可調射頻磁控濺射製備碳化硼塗層
可調射頻磁控濺射方法的主要優點在於通過外部諧振電路控制施加的偏置電壓範圍很大,控制衝擊塗層的粒子能量範圍大&