【摘 要】
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TiB2具有优异的物理和化学性能,是蒸发舟、铝电解阴极保护层、燃料电池阴极以及碳纤维等复合材料保护层的理想材料。本实验以自制的CVD真空炉,采用TiC14-BC13-H2-Ar为体系,成功的在石墨上制备出二硼化钛涂层。实验过程中借助于XRD、SEM、TEM等研究了沉积温度(1000℃、1050℃、1100℃)和钛硼摩尔比(0.5、0.75、1)对涂层的物相、晶体结构、微观形貌的影响;通过循环氧化法
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TiB2具有优异的物理和化学性能,是蒸发舟、铝电解阴极保护层、燃料电池阴极以及碳纤维等复合材料保护层的理想材料。本实验以自制的CVD真空炉,采用TiC14-BC13-H2-Ar为体系,成功的在石墨上制备出二硼化钛涂层。实验过程中借助于XRD、SEM、TEM等研究了沉积温度(1000℃、1050℃、1100℃)和钛硼摩尔比(0.5、0.75、1)对涂层的物相、晶体结构、微观形貌的影响;通过循环氧化法和动电位扫描等分析方法研究了沉积温度(1000℃、1050℃、1100℃)和钛硼摩尔比(0.5、0.75、1)对二硼化钛涂层的沉积速率、显微硬度、抗氧化以及腐蚀性能的影响,并初步探讨涂层的沉积机制。固定钛硼摩尔比为0.5:随着沉积温度的增加,涂层的沉积速率逐渐增大;XRD衍射结果表明,随着沉积温度的增加,涂层在晶体方向为[110]发生择优生长;涂层的SEM表面形貌分别为经典菜花形貌、大颗粒与细小菜花共存形貌、胞状形貌;循环氧化法表明,随着沉积温度的增加,涂层的抗氧化性能呈现递增趋势,其中1100℃制备的石墨/涂层复合材料在600℃~800℃氧化失重小于0.1%;沉积温度为1000℃、1050℃、1100℃时,显微硬度分别为25.55GPa、29.08GPa、32.50GPa;动电位扫描法表明,随着沉积温度的增加,耐腐蚀性都呈递增趋势,1100℃制备的石墨/涂层腐蚀电位达到-156mv,比未沉积的石墨的腐蚀电位向正方向偏移198mv,腐蚀电流密度达到1.12×10-6A·cm-2,比未沉积的石墨腐蚀电流3.63×10-5A·cm-2小一个数量级。固定沉积温度为1000℃:随着钛硼摩尔比的增加,涂层沉积速率先增大后减小;XRD衍射结果表明,随着钛硼摩尔比的增加,涂层向着晶体[100]方向择优生长;600℃~1100℃的循环氧化法表明,抗氧化性能呈现先递增后下降的趋势;钛硼摩尔比为0.5、0.75、1时,显微硬度分别为25.55GPa、32.89GPa、15.71GPa;动电位扫描法表明,钛硼摩尔比的改变对涂层的电化学腐蚀影响不是很大。沉积参数对二硼化钛的涂层形貌影响很大。当温度低于1000℃时,尖端或低洼部位越容易形成晶核,所以涂层主要发生渗透式形核,形成菜花式形貌;当温度升高至1050℃时,表面扩散和渗透都加快,石墨表面容易形核,并发生以大吃小的现象,涂层表现出大颗粒和细小菜花式形貌;当温度继续升高至1100℃时,晶体形核的临界半径减小,部分气体在气相中发生反应和形核,加上石墨基体表面晶体的生长,所以涂层表现为胞状形貌。当固定沉积温度为1000℃,随着钛硼摩尔比增加,一直保持菜花式形貌,但菜花柱状的晶粒先变得密集和粗大,后又变得细小。钛硼摩尔比为0.5时,扩散至石墨基体表面的钛硼摩尔比却小于0.5;钛硼摩尔比增加到0.75,有利于TiB2的形核和核的生长,菜花式柱状的晶粒更加紧密和粗大;钛硼的摩尔比增加到1时,TiCl4将影响晶体的形核和生长,发生刻蚀现象。
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