铂族金属化学气相沉积郭珊云周光月陈志全周伟郑恩华刘建(昆明贵金属研究所,中国昆明650221)PlatinumMetalsChemicalVaporDepositionGuoShanyun,ZhouGuangyue,ChenZhiquan,ZhouWei,ZhengEnhua,LiuJian(KunmingInstituteofPreciousMetals,Kunming650221,China)Abstract:Chemicalvapordepositiontechnique(CVD)isavailabletomakinghighadherent,dense(non-porous)andfinegrainplatinummetalscoatingsonthesurfacesofrefractorymetalssuchasMo,ReandWetal.BothcoatingsofcomplicatedshapeswithbiggersizeandalloyscanbeobtainedbyCVD.Thisarticleintroducedtheexternaldevelopingstate.Iridiumfilms,asanexampleofhightemperatureoxidationresistantcoating(upto2000℃),withwhichthecharacterofplatinummetalscoatingsandbasicprocedureweredescribedandthetechnicalparameterswerereviewed.Keywords:Pltinummetals;Chemicalvapordeposition摘要:化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,CVD)技术可用在高熔点金属如Mo、Re、W等表面制备结合力好的铂族金属涂层。用CVD法可得到具有微细晶粒的致密金属(无针孔)涂层,可制成大形状和形状复杂的制品,也可用于合金涂层的制备。本文介绍了该项技术的国外发展概况,并以高温抗氧化铱涂层(可耐受2000℃高温)为代表,叙述了铂族金属涂层的特点以及该项技术在制备涂层过程中的基本步骤,并对工艺参数等各项技术特点进行了系统评述。关键词:铂族金属;化学气相沉积中图分类号:O643文献标识码:A文章编号:1004-0676(2000)04-0049-051前言许多高熔点金属如Mo、Re、W等由于有很高的熔点可用作火箭发动机、导弹巡洋舰涡轮机、汽车发动机等的基体材料。这些材料因耐受不了1500～2000℃的高温氧化腐蚀而使它们的特性难以发挥。为了在1000℃以上还能保持这些难熔金属的高强度,必须在它们表面制备致密的可抗高温氧化的涂层。从前只有硅化物涂层能有效地抗高温氧化,这种涂层在高温和低温下有很高的抗氧化性能,但在中间的温度范围内会在大气中分解。此外,这种涂层的热膨胀系数与高熔点金属基体相差较大,不断的周期性温度变化使涂层出现裂缝,当氧渗入其裂缝中后最终导致基体金属被氧化破坏。所以适用的抗氧化涂层材料必须满足:①可以在500～2000℃制备;②在这温度范围内涂层不会气化、产生裂缝或剥落;③与基体金属有相近的热膨胀系数;④不会与氧反应,也不会慢慢被氧2000年12月第21卷第4期贵金属PreciousMetalsDec.2000Vol.21,No.4收稿日期:2000—02—25化成挥发的氧化物。能够满足这几点要求的只有铂族金属,铱因具有很高的熔点及化学惰性而倍受人们的青睐。图1难熔金属的氧化与温度关系图Fig.1Oxidationofrefractorymetalsvstemperaturecurves2铂族金属涂层的特点铂族金属作为高温抗氧化涂层的首选材料是因为:①它们都有很高的熔点和低的蒸气压如表1。②在空气中形成挥发性氧化物的氧化速率很低(见图1[1]),图1表示了铂族金属及几种难熔金属的温度重量变化曲线。由图可见铂族金属除了锇外,氧化挥发的速率都是很低的。③铂族金属具有化学惰性,当它们沉积在许多材料(包括碳)上时都很稳定;④除铂的强度不够高外,其它的单质金属都有很高的强度,另外大多数铂族金属的延展性较好;⑤这几种金属薄层都可以通过CVD方式沉积。其中,铱因具有很高的熔点(2440℃)、密度(22.4g/cm3),低的氧渗透率,有其它金属所不及的化学惰性,以及在高温下很强的阻挡氧和碳的特性,使得铱涂层比现知的许多合金材料和氧化物涂层更具有吸引力。铂族金属价格昂贵,只能通过薄层沉积方式沉积在难熔金属表面。目前,用一般的水溶液、熔盐电镀等所获得的铱镀层并不理想,不是应力太大、孔隙过多就是镀层制备成本高等缺点,使铱层的优良性能难以充分发挥。用CVD方法,控制沉积参数,不但可以沉积出致密、结合力良好的以及厚度可控的铂族金属涂层,而且可以不受基体形状的影响。表1几种铂族金属的熔点及熔点下的蒸气压Tab.1MeltingpointsofsomePt-groupmetalsandtheirvaporpressuresatmeltingpoints金属种类IrRuRhPt熔点(℃)2440231019661772蒸气压(熔点)(Pa)1.331.330.530.01333化学气相沉积铂族金属的应用用CVD法制...
