石墨材料在真空金镀膜方面的应用

  石墨材料作为早期蒸镀金属的蒸发源材料，具有许多优良的性质，如良好的 耐高温性、热稳定性，良好的导电性，较好的抗热震性能等。然而石墨材料在高 温下易氧化、易与蒸镀的金属发生化学反应导致坩埚开裂，影响使用寿命。六方 BN与石墨具有相同的晶体结构，极为相似的热膨胀系数和热导率，优良的耐冷 热循环冲击特性，是最理想的热匹配体系。而且BN对熔融金属的耐腐蚀性也很 好，具有良好的高温电绝缘性和机械加工性能。如果将石墨与六方BN制成 C／h—BN叠层状复合材料，根据复合材料的加和性，C／h-BN材料可保持单相的性 质，同时具有两者共同优良的性质，这样为设计和制造新型的具有高耐热冲击性 的热匹配型的蒸发源材料提供了极大的可能。 本文采用热压烧结和SPS烧结两种烧结技术制备了C／h-BN层状复合材料， 通过对石墨层与BN层之间的界面层进行设计，研究了烧结方式、烧结温度、保 温时间、BN层厚度、中间层成分等参数对材料结构和性能的影响。 在C／h．BN层状复合材料的热压烧结研究中，BN的致密度随着烧结温度的 升高而增大，随着烧结温度的升高，材料界面结合状态逐渐改善，层间出现了过 渡区域。烧结温度越高，层状复合材料的层间结合强度越高；研究表明，过长的 保温时间对材料力学性能不利，材料的抗热震性能是随着烧结温度的升高是逐渐 提高的。 采用SPS烧结技术制备了C／h．BN层状复合材料。研究发现，随着烧结温度 的升高，BN的致密度也是逐渐增加的。高温下过长的保温时间对BN致密度和 材料界面结合不利。这可能与BN晶粒异常长大有关。随着烧结温度的升高，元 素扩散加剧，过渡层的厚度越厚，材料的层问界面结合强度升高，石墨层与BN 层结合的越好。试样的抗热震性能在保温较短的时间内随着烧结温度的升高也是 逐渐增加的。而在保温较长的时间(15 rain)内，试样的抗热震性能先增加后减 小。试样随着BN厚度的增加，其界面的结合状况是逐渐劣化的。 研究表明，适当的中间层有利于C／h-BN层状复合材料的层间结合。中间层 的材料体系为A1．BN混合物。采用中间层铝含量为20wt％、40wt％、60wt％、80wt％ 的试样进行烧结。研究发现，在铝含量较低情况下，中间层主要生成物的是A1N， 随着铝含量的增多，中间层生成的A1N也越多，当铝含量达到80wt％时，有极 少量的A14C3生成。热压烧结与SPS烧结相比，热压烧结时间较长，对材料界面  的形成不利；而SPS烧结时间较短，有利于形成良好的界面。试样中间层A1N厚度随着铝含量的增加逐渐增大，界面结合也越来越好。与热压烧结相比，SPS烧结制得的试样中Al元素向BN层扩散的距离要大一些，而且向石墨层扩散的距离要小一些。随着中间层铝含量的增多，材料抗热震性能先增加后减小．中间层铝含量超过40wt％后，材料层间结合强度大于BN自身的拉伸强度。