氣相沉積技術在難熔金屬材料中的應用

何麗鑫張平

（1.沈陽招標中心，遼寧沈陽 110002；2.沈陽建設項目招投標中心，遼寧沈陽 110014）

氣相沉積技術在難熔金屬材料中的應用

何麗鑫1張平2

（1.沈陽招標中心，遼寧沈陽 110002；2.沈陽建設項目招投標中心，遼寧沈陽 110014）

對難熔金屬的制備技術經過了幾十年的發展歷程，從粉末冶金到真空熔煉技術再到氣相沉積技術（簡稱CVD）的應用，標志著我國對難熔金屬的制備技術的不斷進步和革新。難熔金屬普遍具有硬度高、熔點高等特點，相對于普遍金屬材料來說制備難度大，技術標準要求高。本文在對化學氣相沉積技術概述的基礎上，探討在難熔金屬材料制備加工領域中對氣相沉積技術的應用。

氣相沉積技術 CVD 難熔金屬 制備

難熔金屬普遍具有高硬度、高熔點的特性，同時在導電性、導熱性等方面都具有一定的優勢，而且相對于普通金屬材料來說化學穩定性良好。隨著經濟的發展，航空、核電、化工、機械制造以及冶金等多種行業發展迅速，對難熔金屬的制備要求也相應的提高。對于難熔金屬的制備，經歷了十幾年的發展，無論是粉末冶金技術還是真空冶金技術都有力的推動了我國的難熔金屬制備技術的發展進步。隨著氣相沉積技術的開發和應用，使我國難熔金屬的制備技術邁向了一個新臺階。

1　氣相沉積技術的概述

氣相沉積（英文簡稱CVD），是使氣態物質在光、熱或者等離子體的激活作用和驅動下在固體界面上產生化學反應，制得性狀穩定的呈固態形式的沉積物的制備技術。沉積反應可以發生在氣相界面上也可以發生在氣/固界面上，根據發生界面的不同可將其分成均相反應和多相反應兩大類。均相反應的結果性狀是粉末，多相反應的結果性狀為薄膜。CVD從本質上來看是原子沉積的過程，具有提純的功能，由此得到的沉積層純度高而且，密度高。CVD是一種化學反應的過程，因此基于化學反應具有多樣化的特性制備技術也相對更加靈活，使得CVD制備技術成為對多種材料制備的化學工藝基礎。

難熔金屬的制備一直以來都是我國金屬材料制備領域的重點和難點，隨著工業的不斷發展，金屬材料制備技術不斷開發，難熔金屬制備技術也在不斷的研究和發展中。經歷的幾十年的開發，從粉末冶金技術，到真空冶金技術，再到電弧、電子束熔煉技術的研究和應用，使我國難溶金屬的制備技術不斷革新，快速發展。在難熔金屬材料中，以鎢、錸、鉬等金屬材料最為常見，以金屬鎢為例，鎢硬度高、熔點高，其所具有的獨特特性被廣泛用于航空、電子電器、機械制造等多個領域。但是鎢金屬材料在熔煉和加工方面難度很大，目前普遍采用的制備方法為粉末冶金的方法，但是使用此種方法存在諸多缺陷，如鎢制品組織致密性不良，性狀和尺寸局限性高，對于形狀復雜或者薄壁型制品無法滿足制備要求，因此對傳統制備技術加以改進，開發和應用新技術成為難熔金屬制備的迫切要求。隨著氣相沉積技術的開發和在難熔金屬材料中的應用，為難熔金屬的制備開辟了一條新的技術之路。

2　CVD在難熔金屬材料制備中的應用

難熔金屬主要的特點就是熔點極高，高溫力學性能非常好。在常見的難熔金屬材料中，鎢、鉬、錸作為高溫結構材料的典型熔點高而且具有良好的彈性模量，其中鎢的應用最為普遍。傳統的制備技術，如粉末冶金、真空冶金、電弧熔煉等技術都具有一定的缺陷，相對于這些傳統制備技術來說，CVD技術具有一定的技術優勢。采用CVD技術制備的金屬材料產品具有較高的純度，晶粒細化，即使在高溫條件下也能夠對晶粒長大很好的控制；產品密度高，而且能夠很好的滿足后續的塑形加工的需要。

2.1在硬質合金刀具技術中的應用

加工制造業的飛速發展對硬質合金刀具的硬度和強度的要求不斷提高。為了更好的提高硬質合金刀具的使用壽命，使其性能更加優化，一般會采用細化晶粒以及在刀具表面進行保護層的涂覆。刀具的性能與其制備的原始粉末粒度和純度有直接的關系，CVD技術在硬質合金的粉末制備方面應用效果良好。以鎢粉的制備為例，采用CVD技術制備的鎢粉粉末不僅粒度達到標準的要求，而且純度高，制作工藝簡單，流程簡化，受到行業內的一致好評。

2.2在微電子技術中的應用

集成電路是微電子技術的核心，CVD技術在微電子技術中的應用主要體現在半導體薄膜的外延、絕緣膜和各種金屬膜的沉積上，特別是在三維集成電路上的應用，CVD技術更顯現出其獨特的優勢。集成電器中為了達到理想的抗電遷移的效果，同時又能夠改善鋁合金制備中的困難，以鎢材料代替鋁合金材料在集成電路上應用受到行業內的光伏認可。CVD鎢在硅片上表現出的臺階覆蓋性能效果理想，能夠很好的滿足通孔和接觸孔對薄膜的要求。同時利用CVD技術在集成電器中的硅片上進行純鉬或者純鎢的沉積，在利用退火擴散工藝生成硅化物，可以將沒有生成硅化物的金屬殘余有效的腐蝕去除，從而保證了接觸層與硅基體之間的接觸的緊密型，形成優質的界面結構。

2.3在空間技術中的應用

鑒于高溫液體火箭發動機燃燒室噴灌工作環境的特殊性，對材料的性能提出極高的要求，因此噴管的制作材料的制備就顯得尤為重要。隨著研究的不斷深入，開發出一種CVD錸為基體，CVD銥作為涂層薄膜保護的發動機噴管，使CVD技術正式在空間技術中應用。為了有效的提高火箭發動機的熱輻射性能，采用CVD錸作為發動機外部的涂層，從而使燃燒室的熱回放量得到有效的降低，提高了室內的氣體溫度，促進了發動機性能的充分發揮。除了難熔金屬材料錸、銥以外，難熔金屬鈮在火箭發動機噴嘴上也有所應用，同時CVD還可用作噴管與發動機其它部件的過渡連接環以及鎢熱交換器的連接法蘭等。

3　結語

除了上述CVD技術在硬質合金刀具、微電子技術以及空間技術中的應用之外，CVD技術還能夠對難熔金屬材料進行各種塊體異型結構件的制備。即使是在超高溫的、氧化的條件下，同樣可以利用CVD技術對難熔金屬熱電偶套管進行制備。相對于單一的難熔金屬材料，難熔金屬合金不僅具有優質的高溫性能，而且在強度、硬度、熱性能等方面更強。目前我國對于CVD技術的應用在單一難熔金屬材料方面更為廣泛，在難熔金屬合金的制備方面還有待深入的研究和開發，這也是目前我國在CVD技術研究方面的主要方向。

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