了(le)解(jie)碳(tan)碳(tan)復(fu)合(he)材(cai)料加(jia)工(gong)方法之壹(yi) ——化(hua)學(xue)氣(qi)相(xiang)沈積(ji)法(fa)

    CVD 工藝(yi)是最早采用的(de)壹(yi)種(zhong) C/C 復(fu)合(he)材(cai)料致密化(hua)工藝(yi)， 其(qi)過(guo)程(cheng)為(wei)把(ba) CF 坯(pi)體(ti)放入(ru)專用(yong) CVD 爐中(zhong)， 加(jia)熱(re)至(zhi)所要(yao)求的(de)溫度(du)， 通(tong)入(ru)碳(tan)氫氣(qi)體， 這(zhe)些氣體分(fen)解(jie)並在(zai)坯(pi)體(ti)
內(nei) CF 周圍空(kong)隙中(zhong)沈積(ji)碳(tan)。

(1) 基本(ben)原理(li)

   碳(tan)氫氣(qi)體(如 CH4、 C2H6、 C3H3、 C2H4) 等(deng)受熱(re)時， 形成若(ruo)幹(gan)活(huo)性(xing)基(ji)， 活(huo)性(xing)基(ji)與(yu)CF 表面(mian)接(jie)觸(chu)時， 就(jiu)沈積(ji)出(chu)碳(tan)。 CVD 法的(de)優點(dian)是工藝(yi)簡單， 坯(pi)體(ti)的(de)開口孔隙很(hen)多(duo)， 增密的(de)程(cheng)度便於(yu)精(jing)確(que)控(kong)制，
易於獲(huo)得(de)性(xing)能(neng)良(liang)好(hao)的(de) C/C 復(fu)合(he)材(cai)料。 缺點(dian)是制備周期(qi)太(tai)長， 生(sheng)產(chan)效率很(hen)低(di)。

(2) CVD C/C 復(fu)合(he)材(cai)料的(de)基本(ben)方(fang)法(fa)

CVD 法包括等(deng)溫(wen)法、 熱梯(ti)度法、 壓差(cha)法、 脈沖(chong)法(fa)、 等(deng)離(li)子(zi)體輔(fu)助(zhu) CVD 法(fa)。

①等(deng)溫(wen)法: 即將坯(pi)體(ti)放在等(deng)溫(wen)的(de)空(kong)間(jian)裏(li)， 在適當(dang)的(de)壓力(li)下(xia)， 讓(rang)碳(tan)氫氣(qi)體不(bu)斷地從坯(pi)體(ti)表面(mian)流過(guo)， 靠(kao)氣體的(de)擴(kuo)散作用(yong)， 反(fan)應(ying)氣體(ti)進入(ru)樣(yang)品(pin)孔隙內(nei)進行沈積(ji)， 該法(fa)特(te)點(dian)是工藝(yi)簡單， 但周期(qi)很(hen)長， 制(zhi)品(pin)易產(chan)生(sheng)表面(mian)塗(tu)層(ceng)， 最(zui)終(zhong)密度(du)不(bu)高(gao)。

②熱(re)梯(ti)度法: 在坯(pi)體(ti)內(nei)外(wai)表面(mian)形成壹(yi)定(ding)溫度(du)差(cha)， 讓(rang)碳(tan)氫氣(qi)體在(zai)坯(pi)體(ti)低(di)溫表面(mian)流過(guo)， 同(tong)樣(yang)， 也(ye)是依靠氣體(ti)擴(kuo)散作用(yong)， 反(fan)應(ying)氣體(ti)擴(kuo)散進孔(kong)隙(xi)內(nei)進行沈積(ji)， 由(you)於反(fan)應(ying)氣體(ti)首先(xian)接(jie)觸(chu)的(de)是低(di)溫表面(mian)， 因(yin)此(ci)， 大量的(de)沈積(ji)發(fa)生(sheng)在樣(yang)品(pin)裏(li)側， 表面(mian)很(hen)少(shao)沈積(ji)或(huo)不(bu)沈積(ji)， 隨(sui)著沈積(ji)過(guo)程(cheng)的(de)進行， 坯(pi)體(ti)裏(li)側被(bei)致密化(hua)， 內(nei)外(wai)表面(mian)溫(wen)差(cha)越來(lai)越小，沈積(ji)帶逐(zhu)漸外(wai)移(yi)， 最終(zhong)得(de)到(dao)從(cong)裏(li)至(zhi)外(wai)完全(quan)致(zhi)密的(de)制品(pin)。 此(ci)法(fa)周期(qi)較短， 制品(pin)密度(du)較(jiao)高(gao)， 存(cun)在的(de)問(wen)題(ti)是重(zhong)復(fu)性(xing)差(cha)， 不(bu)能在(zai)同壹(yi)時間(jian)內(nei)沈積(ji)不(bu)同坯(pi)體(ti)和(he)多(duo)個坯(pi)體(ti)， 坯(pi)體(ti)的(de)形狀(zhuang)也不(bu)能太(tai)復(fu)雜。

③壓(ya)差(cha)法(fa): 壓差(cha)法是均熱法的(de)壹(yi)種(zhong)變(bian)化(hua)， 是在沿坯(pi)體(ti)厚度方向上造成的(de)壹(yi)定(ding)的(de)氣體(ti)壓(ya)力(li)差， 反(fan)應(ying)氣體(ti)被強(qiang)行通(tong)過(guo)多(duo)孔坯(pi)體(ti)。 此(ci)法(fa)沈積(ji)速(su)度(du)快(kuai)， 沈積(ji)滲(shen)透時間(jian)較(jiao)短， 沈積(ji)的(de)碳(tan)均勻， 制品(pin)不(bu)易形成表面(mian)塗(tu)層(ceng)。

④脈沖(chong)法(fa): 此(ci)法(fa)是壹(yi)種(zhong)改(gai)進了(le)的(de)均熱(re)法(fa)， 在(zai)沈積(ji)過(guo)程(cheng)中(zhong)， 利(li)用(yong)脈沖(chong)閥(fa)交(jiao)替(ti)地充氣(qi)和(he)抽真(zhen)空(kong)， 抽真(zhen)空(kong)過(guo)程(cheng)有利(li)於(yu)氣體(ti)反(fan)應(ying)產(chan)物(wu)的(de)排除。 由(you)於脈沖(chong)法(fa)能(neng)增加(jia)滲(shen)透深(shen)度， 故(gu)適合(he)於(yu) C/C 復(fu)合(he)材(cai)料後(hou)期(qi)致密化(hua)。

⑤等(deng)離(li)子(zi)體輔(fu)助(zhu)CVD法(fa)(PACVD) : 在(zai)常規的(de)CVD技術(shu)中(zhong)需(xu)要用外(wai)加(jia)熱(re)使初始(shi)反(fan)應(ying)的(de)碳(tan)氫氣(qi)體分(fen)解(jie)， 而在(zai)PACVD技術中(zhong)是利用等(deng)離(li)子(zi)體中(zhong)電(dian)子(zi)的(de)動(dong)能(neng)去激(ji)發氣(qi)相(xiang)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)。 PACVD的(de)輝光(guang)放電(dian)等(deng)離(li)子(zi)體是施(shi)加(jia)高(gao)頻(pin)電(dian)場電(dian)離(li)的(de)低(di)壓和(he)低(di)溫氣(qi)體。等(deng)離(li)子(zi)體的(de)電(dian)離(li)狀(zhuang)態是由(you)其(qi)中(zhong)高(gao)能(neng)電(dian)子(zi)以某(mou)種(zhong)方式來(lai)維持(chi)的(de)， 施(shi)加(jia)電(dian)場時， 由(you)於電(dian)子(zi)質量輕(qing)， 所(suo)以傳遞電(dian)子(zi)的(de)能量高(gao)， 同(tong)時由(you)於等(deng)離(li)子(zi)體中(zhong)電(dian)子(zi)與(yu)離(li)子(zi)質量的(de)差別(bie)， 限制(zhi)了(le)電(dian)子(zi)將能量傳遞給離(li)子(zi)， 結果電(dian)子(zi)的(de)動(dong)能(neng)被迅速(su)增加(jia)到(dao)能發生(sheng)非彈性(xing)碰撞(zhuang)的(de)程(cheng)度， 此(ci)時高(gao)能(neng)電(dian)子(zi)引起(qi)電(dian)離(li)， 並(bing)通(tong)過(guo)與(yu)碳(tan)氫氣(qi)體分(fen)子(zi)的(de)相(xiang)互作用而形成自(zi)由(you)基， 自(zi)由(you)基在(zai)坯(pi)體(ti)裏(li)聚合(he)形成沈積(ji)碳(tan)。 由(you)於等(deng)離(li)子(zi)體有較(jiao)高(gao)的(de)能量， 所(suo)以(yi)在相(xiang)當(dang)低(di)的(de)溫度(du)(典(dian)型值低(di)於300℃) 激(ji)發化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)， 與(yu)此(ci)同(tong)時由(you)於其(qi)非平(ping)衡性(xing)， 等(deng)離(li)子(zi)體不(bu)會加(jia)熱(re)碳(tan)氫氣(qi)體和(he)坯(pi)體(ti)。 但PACVD與(yu)常規的(de)CVD化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)熱力(li)學(xue)原(yuan)理(li)不(bu)同， 形成的(de)沈積(ji)碳(tan)結構差(cha)別(bie)很(hen)大。更(geng)多(duo)碳(tan)碳(tan)復(fu)合(he)材(cai)料信息可(ke)查(zha)看http://youtv.com.cn/