化学气相沉积技术及在难熔金属材料中的应用

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1、万方数据第39卷增刊12010年6月稀有金属材料与工程RAREMET札MATERIALSANDENGINEERINGV01．39，Suppl．1June2010化学气相沉积技术及在难熔金属材料中的应用黎宪宽1,2陈力1，2，一，蔡宏中1，一，魏巧灵1，2p,胡昌义1,2,3(1．昆明贵金属研究所，云南昆明650106)(2．云南省贵金属材料重点实验室，云南昆明650106)(3．昆明理工大学，云南昆明650093)摘要：简述了化学气相沉积技术(ChemicalVaporDeposition，简称CVD)的发展历程及其应用领域；

2、重点阐述CVD技术在难熔金属(w、Re、Ta、Mo、Nb)相关领域的应用概况并展望了其研究前景，特别指出CVD技术在制备难熔金属合金研究上存在的挑战和机遇。关键词：化学气相沉积；难熔金属；应用发展；挑战和机遇中图法分类号：TGl46文献标识码：A文章编号：1002—185X(2010)$1-438-06化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition，简称CVD)是在热、光和等离子体等的激活和驱动下使气态物质在气相或气固界面上发生化学反应，从而制得稳定固态沉积物(或赋予固体材料表面某种特性)的一项材料制备技术【I，

3、2】。沉积反应可分为均相反应和多相反应，它们分别在气相和气／固界面上发生，前者形成粉末，后者形成薄膜。CvD是一种原子或原子集团沉积过程，过程本身具有提纯作用，因而其沉积层亦具有高纯高致密特征。由于化学反应的多样性，使得CVD作为一种材料制备技术具有灵活多样的特点，构成了CVD制备多种材料的化学工艺基础。图1是CVD技术的应用概况【3币】。近几十年来，随着各个工业部门的发展需要，难熔金属和合金得到了不断的发展，各种制备技术也得以引入和改进。20世纪40年代以前，难熔金属的制备方法主要是粉末冶金。20世纪40年代后期到60年代初

4、期，随着真空技术和真空冶金的发展，电弧熔炼和电子束熔炼等真空熔炼技术被引入难熔金属的研制之中，使难熔金属材料的研究步入一个快速发展时期。这些制备技术对难熔金属材料的应用举足轻重，完善和改进传统制备技术仍然是目前研究难熔金属的一个热点。例如，对制备纳米钨合金粉末的积极探索【7】；以及应用粉末冶金技术制备多孔钨等各种优异性能的难熔金属合金或复合材料【8l。一般来说，粉末冶金的烧结温度较高，且烧结坯体要经过轧制和退火【91。而真空熔炼设备较复杂，用于制备难熔金属时成本较高，后续加工困难。在改进传统制备技术的同时，发展新的制备技术必然

5、成为研究难熔金属材料的热点方向之一。难熔金属材料的CVD应用研究便是制备技术的发展结果之一。本文综述CVD技术的发展历程及其在难熔金属材料上的应用领域。ApplicationofCVDIPowdcr，-PureMetal裟hn．{FibreIce删∞sape弋l“1““5IWhiskeflPolymerLStructure-unit"《：AlloylcompositerM∞cry8mlIFuncti。nIPolyc．ry8诅1Lorou：rystalstructure．《NanoPorous-’L蒜：。r裟Metallu=rg

6、yField．1PhotoelectronL=?如图1CVD技术的应用Fig．1ApplicationsofCVDtechnology收稿日期：2010-02．12基金项目：国家自然科学基金(50771051)；云南省自然科学基金资助作者简介：黎宪宽，男，1985年生，硕士生，昆明贵金属研究所，云南昆明650106，电话：0871·8329170，E-maihli】【iankuan@163．cA)m；通讯作者：胡昌义，研究员，博士生导师，电话：0871·8328945，E-mail：hcy@ipm．com．cn万方数据增刊l黎

7、宪宽等：化学气相沉积技术及在难熔金属材料中的应用·439·1CVD技术发展简史20世纪50年代以前，CVD技术的报道很少，具有产业开发价值的典型应用是Lodyguine在1893年获得的专利[1o】：氢气还原金属氯化物在铂丝上沉积钼、钨等难熔金属作为白炽灯丝。这一时期前后，CVD技术被引入物质提纯过程中，采用氯气与各种金属和金属化合物反应生成金属氯化物，再用氢气还原这类金属氯化物从而有效地实现金属分离、富集、提取与精炼【111。例如，20世纪40年代发现并利用下列输运反应来提纯金属钛【12】：Ti(s)+212(g)i2枷00

8、"℃C'hTil4(g)20世纪50年代初到60年代末是CVD技术研究和应用的一个高峰期。这一快速发展很大程度上得益于当时材料科学学科体系的初步形成[13，141。在这一大背景下，人们开始从材料学科的角度来看待各种冶金物理过程。CVD技术的研究重点也从物质提纯等冶金过程转移到