论文部分内容阅读
SiC材料具有优异的物理性能和机械性能,是新型轻质光学反射镜理想候选材料。化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)SiC涂层是目前应用的最佳光学反射镜涂层。本文通过深入分析现有SiC反射镜材料及其制备方法,针对SiC反射镜面综合热性能、微观结构及无缺陷等要求,开展了CVD SiC涂层制备工艺的研究。在采用新工艺制备出与SiC涂层热膨胀系数相近的SiC基体材料的基础上,重点研究了负压条件下沉积温度、稀释气体对CVD SiC涂层的影响。
(1)研究了沉积温度对SiC涂层显微结构、晶体结构及化学组成的影响,实验结果表明:1100~1400℃温度范围均可沉积出单一的面心立方β-SiC,沉积温度在1300℃以下,随温度升高(111)晶面SiC晶体生长取向趋势增加,微晶尺寸增大。沉积温度低于1200℃,沉积过程为动力学控制,沉积速率增加明显;沉积温度高于1200℃沉积过程为扩散控制,沉积过程中易产生孔隙。涂层致密度随温度升高而降低。SiC的堆积状态主要与温度有关:低温时沉积颗粒呈圆球状紧密堆积;高温时晶体连续生长,沉积颗粒为完整的SiC晶粒。
(2)研究了稀释气体对SiC涂层组成及结构的影响规律,实验结果表明:沉积温度为1200℃时,CVD SiC涂层表面形貌随H2流量增加,沉积颗粒堆积状态相似,SiC晶粒形态由球状向片状、线状转变;H2/MTS摩尔比<12时SiC涂层富C,含少量的α-SiC;稀释气体的变化对SiC微晶尺寸影响不明显,微晶尺寸主要受温度影响。沉积温度为1300℃时,随H2流量增加,晶体生长模式发生如下转变:层状生长→球形颗粒沿半径方向生长→晶粒沿多面体方向生长。随着稀释气体流量的增加SiC涂层的沉积速率迅速减小。
(3)解决了制备CVD SiC光学涂层易出现裂纹的难题,分别采用改进的反应烧结和化学气相渗透(Chemical vapor infiltration,CVI)工艺制备出了热膨胀系数与SiC涂层相近的基体材料,成功制备出了抛光精度达到8 A RMS的SiC反射镜,为SiC激光反射镜的研究及应用打下了基础。