CN111995402A - 一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法 - Google Patents

一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111995402A
CN111995402A CN202010877310.7A CN202010877310A CN111995402A CN 111995402 A CN111995402 A CN 111995402A CN 202010877310 A CN202010877310 A CN 202010877310A CN 111995402 A CN111995402 A CN 111995402A
Authority
CN
China
Prior art keywords
precursor
gas
liquid
metering device
branch pipeline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010877310.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李爱军
王梦千
贾林涛
张丹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaoxing Institute Of Shanghai University
University of Shanghai for Science and Technology
Original Assignee
Shaoxing Institute Of Shanghai University
University of Shanghai for Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaoxing Institute Of Shanghai University, University of Shanghai for Science and Technology filed Critical Shaoxing Institute Of Shanghai University
Priority to CN202010877310.7A priority Critical patent/CN111995402A/zh
Publication of CN111995402A publication Critical patent/CN111995402A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • C04B35/573—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide obtained by reaction sintering or recrystallisation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/5607—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides
    • C04B35/5611—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on titanium carbides
    • C04B35/5615—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on refractory metal carbides based on titanium carbides based on titanium silicon carbides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/5805—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides
    • C04B35/58064—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides
    • C04B35/58071—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on borides based on refractory borides based on titanium borides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/583—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on boron nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/591—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride obtained by reaction sintering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62844—Coating fibres
    • C04B35/62857—Coating fibres with non-oxide ceramics
    • C04B35/6286—Carbides
    • C04B35/62863—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62844—Coating fibres
    • C04B35/62857—Coating fibres with non-oxide ceramics
    • C04B35/62865—Nitrides
    • C04B35/62868—Boron nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/628—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents
    • C04B35/62884—Coating the powders or the macroscopic reinforcing agents by gas phase techniques
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5216—Inorganic
    • C04B2235/524—Non-oxidic, e.g. borides, carbides, silicides or nitrides
    • C04B2235/5244—Silicon carbide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50—Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52—Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5208—Fibers
    • C04B2235/5252—Fibers having a specific pre-form
    • C04B2235/5256—Two-dimensional, e.g. woven structures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/614—Gas infiltration of green bodies or pre-forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明提供了一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法，属于功能材料制备技术领域。本发明中装置包括前驱体输运系统和反应炉，所述前驱体输运系统包括并联设置的气态前驱体输运系统和液态前驱体输运系统。本发明通过并联设置气态前驱体输运系统和液态前驱体输运系统，实现气态前驱体和液态前驱体的输运，采用第I气体计量装置调控气态前驱体输运通道中气态前驱体、载气和稀释气的流量，液态前驱体先通过液体计量装置调控流量后再加热汽化通入反应炉(采用第II气体计量装置调控液态前驱体输运通道中载气和稀释气的流量)，液态前驱体可以精确调控，操作方便，最终可以实现具有不同界面相以及不同基体的陶瓷基复合材料的高效制备。

Description

一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法
技术领域
本发明涉及功能材料制备技术领域，尤其涉及一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法。
背景技术
随着航空航天领域的发展，对航空飞行器和火箭发动机等热结构部件耐受复杂热应力环境的能力提出了更高的要求，这就需要结构材料具有优异的耐高温和抗氧化性能，以实现高温下的长使用寿命。超高温陶瓷材料在2000℃以上的高温环境中仍具有良好的物理和热化学稳定性，是具有很大应用潜力的热结构材料。陶瓷基复合材料通过引入纤维作为增强相，并引入界面相调节纤维和基体结合方式，可以从根本上克服陶瓷材料固有的脆性大等缺点，提高陶瓷材料的强韧性，在航空航天领域受到了研究者们的广泛关注。
陶瓷基复合材料中的界面相主要包括热解碳(PyC)、氮化硼(BN)或碳化硅(SiC)形成的单层界面相，也可以为这些材料形成的多层交替界面相，可以通过化学气相沉积(CVD)工艺以纤维表面涂层的方式制备。陶瓷基复合材料中陶瓷基体主要包括SiC、SiBCN、TiB2或Ti3SiC2形成的单相基体，也可以为这些材料形成的多相基体，利用化学气相渗透(CVI)工艺可以实现陶瓷基体的近净成型和均匀致密化。
对于上述陶瓷基复合材料中的界面相材料和基体材料，PyC界面相的前驱体为烷烃类气体，BN界面相的前驱体为三卤化硼气体和氨气(同时需要N2、H2等调控气体分压)；而SiC界面相或SiC陶瓷基体的前驱体是常温下为液态的甲基三氯硅烷(MTS)或四氯化硅(SiCl4)，含Ti组分的陶瓷基体的前驱体是常温下为液态的四氯化钛(TiCl4)。如果需要制备SiBCN或Ti3SiC2等MAX相基体，CVD/CVI装置中必须同时包含既可以输运气态前驱体又可以输运液态前驱体的进气控制系统。
对于气态前驱体，市面上已有多种气体流量计可以选择。对于液态前驱体，目前研究者们选择的输运方式一般为鼓泡法，但由于液态前驱体的饱和蒸气压受温度的影响很大，采用鼓泡法输送液态前驱体时周围环境温度必须保持不变，否则不能保证前驱体蒸汽输送进反应室内的流量的准确性。因此，该方法对温度以及压力的稳定性要求较高，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法，采用本发明提供的装置制备陶瓷基复合材料，通过选择不同种类的前驱体，可以在同一台装置中制备多种陶瓷基复合材料，并实现界面相和陶瓷基体的连续沉积，尤其在采用液态前驱体或者是同时采用液态前驱体和气态前驱体制备陶瓷基复合材料时，液态前驱体可以精确调控，操作方便，最终可以实现具有不同界面相以及不同基体的陶瓷基复合材料的制备。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种化学气相沉积/渗透装置，包括前驱体输运系统和反应炉，所述前驱体输运系统包括并联设置的气态前驱体输运系统和液态前驱体输运系统，所述气态前驱体输运系统包括至少一路气态前驱体输运通道，所述液态前驱体输运系统包括至少一路液态前驱体输运通道，且所述气态前驱体输运通道和液态前驱体输运通道均与所述反应炉连接；
其中，所述气态前驱体输运通道上设置有气态前驱体气瓶、第I载气气瓶、第I稀释气气瓶和第I气体计量装置，所述第I气体计量装置用于调控输运至反应炉中气态前驱体、载气以及稀释气的流量；
所述液态前驱体输运通道上设置有液态前驱体储存罐、第II载气气瓶、第II稀释气气瓶、液体计量装置、第II气体计量装置和加热带，所述加热带用于将液态前驱体加热至汽化，所述液体计量装置用于调控液态前驱体的流量，所述第II气体计量装置用于调控输运至反应炉中载气以及稀释气的流量。
优选地，当所述气态前驱体输运系统包括多路气态前驱体输运通道时，各路气态前驱体输运通道并联设置；当所述液态前驱体输运系统包括多路液态前驱体输运通道时，各路液态前驱体输运通道并联设置。
优选地，所述气态前驱体输运通道上还设置有第I吹扫气气瓶，所述气态前驱体输运通道包括第I主管路、第I吹扫气支管路、第I载气支管路、第I排气支管路和第I稀释气支管路，所述第I气体计量装置包括气态前驱体计量装置、第I吹扫气计量装置、第I载气计量装置和第I稀释气计量装置；
沿气态前驱体输运方向，所述第I主管路上顺次设置有所述气态前驱体气瓶、第I吹扫气支管路、气态前驱体计量装置、第I载气支管路、第I排气支管路、第I稀释气支管路和反应炉；
其中，所述第I吹扫气支管路的一端连接有第I吹扫气气瓶，经第I吹扫气计量装置后另一端连接至第I主管路上；所述第I载气支管路的一端连接有第I载气气瓶，经第I载气计量装置后另一端连接至第I主管路上；所述第I稀释气支管路的一端连接有第I稀释气气瓶，经第I稀释气计量装置后另一端连接至第I主管路上。
优选地，所述液态前驱体输运通道上还设置有第II吹扫气气瓶，所述液态前驱体输运通道包括第II主管路、第II吹扫气支管路、第II载气支管路、第II排气/排液支管路和第II稀释气支管路，所述第II气体计量装置包括第II吹扫气计量装置、第II载气计量装置和第II稀释气计量装置；
沿液态前驱体输运方向，所述第II主管路上顺次设置有所述液态前驱体储存罐、第II吹扫气支管路、液体计量装置、第II载气支管路、加热带、第II排气/排液支管路、第II稀释气支管路和反应炉；
其中，所述第II吹扫气支管路的一端连接有第II吹扫气气瓶，经第II吹扫气计量装置后另一端连接至第II主管路上；所述第II载气支管路的一端连接有第II载气气瓶，经第II载气计量装置后另一端连接至第II主管路上；所述第II排气/排液支管路的出口连接有废液罐；所述第II稀释气支管路的一端连接有第II稀释气气瓶，经第II稀释气计量装置后另一端连接至第II主管路上。
优选地，所述反应炉设置有抽气口，所述抽气口连通有真空泵。
本发明提供了采用上述技术方案所述化学气相沉积/渗透装置制备陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：
将纤维增强体置于反应炉中，通过前驱体输运系统将第一前驱体输运至反应炉中，在所述纤维增强体的表面制备得到界面相；之后通过前驱体输运系统将第二前驱体输运至反应炉中，在所述界面相的表面进行陶瓷基体的致密化，得到陶瓷基复合材料；
其中，将所述第一前驱体和第二前驱体输运至反应炉的过程，在稀释气和载气存在条件下进行；
所述第一前驱体包括第一液态前驱体汽化后的蒸汽和/或第一气态前驱体；所述第二前驱体包括第二液态前驱体汽化后的蒸汽和/或第二气态前驱体。
优选地，在所述反应炉中放置纤维增强体后且输运第一前驱体前还包括：对反应炉依次进行吹扫、抽真空以及气密性检查；
当制备陶瓷基复合材料的过程中采用所述前驱体输运系统的液态前驱体输运通道输运第一液态前驱体和/或第二液态前驱体时，输运完毕后还包括：对所述液态前驱体输运通道进行吹扫，将所述液态前驱体输运通道中残余液体吹扫至废液罐。
优选地，所述界面相结构上包括单层单相界面相、多层单相界面相或多层多相交替界面相，所述界面相化学组成上包括PyC、BN和SiC中的至少一种。
优选地，所述陶瓷基体结构上包括单相基体或多相基体，所述陶瓷基体化学组成上包括SiC、SiBCN、TiB2和Ti3SiC2中的至少一种。
优选地，所述第一液态前驱体和第二液态前驱体独立地包括甲基三氯硅烷、四氯化硅和四氯化钛中的至少一种；所述第一气态前驱体和第二气态前驱体独立地包括烷烃类气体、三卤化硼气体、氨气和氢气中的至少一种。
本发明提供了一种化学气相沉积/渗透(CVD/CVI)装置，包括前驱体输运系统和反应炉，所述前驱体输运系统包括并联设置的气态前驱体输运系统和液态前驱体输运系统，所述气态前驱体输运系统包括至少一路气态前驱体输运通道，所述液态前驱体输运系统包括至少一路液态前驱体输运通道，且所述气态前驱体输运通道和液态前驱体输运通道均与所述反应炉连接；其中，所述气态前驱体输运通道上设置有气态前驱体气瓶、第I载气气瓶、第I稀释气气瓶和第I气体计量装置，所述第I气体计量装置用于调控输运至反应炉中气态前驱体、载气以及稀释气的流量；所述液态前驱体输运通道上设置有液态前驱体储存罐、第II载气气瓶、第II稀释气气瓶、液体计量装置、第II气体计量装置和加热带，所述加热带用于将液态前驱体加热至汽化，所述液体计量装置用于调控液态前驱体的流量，所述第II气体计量装置用于调控输运至反应炉中载气以及稀释气的流量。
本发明通过并联设置气态前驱体输运系统和液态前驱体输运系统，实现气态前驱体和液态前驱体的输运，采用第I气体计量装置调控气态前驱体输运通道中气态前驱体、载气和稀释气的流量，液态前驱体先通过液体计量装置调控流量后再加热汽化通入反应炉(同时具体采用第II气体计量装置调控液态前驱体输运通道中载气和稀释气的流量)。通过选择不同种类的前驱体，可以在同一台CVD/CVI装置中制备多种陶瓷基复合材料，并实现界面相和陶瓷基体的连续沉积，制备过程中无需取出样品更换CVD/CVI装置，尤其在采用液态前驱体或者是同时采用液态前驱体和气态前驱体制备陶瓷基复合材料时，液态前驱体可以精确调控，且操作方便，最终可以实现具有不同界面相以及不同基体的陶瓷基复合材料的高效制备。
附图说明
图1为本发明提供的化学气相沉积/渗透装置的结构示意图，图中，1-1为气态前驱体气瓶，1-2为第I吹扫气气瓶，1-3为第I载气气瓶，1-4为第I稀释气气瓶，1-5-1为气态前驱体计量装置，1-5-2为第I吹扫气计量装置，1-5-3为第I载气计量装置，1-5-4为第I稀释气计量装置，1-6为第I排气支管路；2-1为液态前驱体储存罐，2-2为第II吹扫气气瓶，2-3为第II载气气瓶，2-4为第II稀释气气瓶，2-5-1为液体计量装置，2-5-2为第II吹扫气计量装置，2-5-3为第II载气计量装置，2-5-4为第II稀释气计量装置，2-6为第II排气/排液支管路，2-7为废液罐，2-8为加热带，3为反应炉，4为真空泵。
具体实施方式
本发明提供了一种化学气相沉积/渗透装置，包括前驱体输运系统和反应炉，所述前驱体输运系统包括并联设置的气态前驱体输运系统和液态前驱体输运系统，所述气态前驱体输运系统包括至少一路气态前驱体输运通道，所述液态前驱体输运系统包括至少一路液态前驱体输运通道，且所述气态前驱体输运通道和液态前驱体输运通道均与所述反应炉连接；
其中，所述气态前驱体输运通道上设置有气态前驱体气瓶、第I载气气瓶、第I稀释气气瓶和第I气体计量装置，所述第I气体计量装置用于调控输运至反应炉中气态前驱体、载气以及稀释气的流量；
所述液态前驱体输运通道上设置有液态前驱体储存罐、第II载气气瓶、第II稀释气气瓶、液体计量装置、第II气体计量装置和加热带，所述加热带用于将液态前驱体加热至汽化，所述液体计量装置用于调控液态前驱体的流量，所述第II气体计量装置用于调控输运至反应炉中载气以及稀释气的流量。
如图1所示，本发明提供的化学气相沉积/渗透装置包括反应炉3；本发明对所述反应炉的材质及具体结构没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的反应炉即可。作为本发明的一个实施例，所述反应炉内设置有恒温区，具体是在所述恒温区进行化学气相沉积，从而在纤维增强体表面沉积得到界面相，之后进行化学气相渗透，在界面相表面进行陶瓷基体的致密化，最终得到陶瓷基复合材料。
本发明提供的化学气相沉积/渗透装置包括前驱体输运系统，所述前驱体输运系统包括并联设置的气态前驱体输运系统和液态前驱体输运系统，所述气态前驱体输运系统包括至少一路气态前驱体输运通道，所述液态前驱体输运系统包括至少一路液态前驱体输运通道，且所述气态前驱体输运通道和液态前驱体输运通道均与所述反应炉连接。作为本发明的一个实施例，当所述气态前驱体输运系统包括多路气态前驱体输运通道时，各路气态前驱体输运通道并联设置，且各路气态前驱体输运通道均与所述反应炉连接；当所述液态前驱体输运系统包括多路液态前驱体输运通道时，各路液态前驱体输运通道并联设置，且各路液态前驱体输运通道均与所述反应炉连接。
如图1所示，在本发明中，所述气态前驱体输运通道上设置有气态前驱体气瓶1-1、第I载气气瓶1-3、第I稀释气气瓶1-4和第I气体计量装置，所述第I气体计量装置用于调控输运至反应炉中气态前驱体、载气以及稀释气的流量。在本发明中，所述气态前驱体气瓶用于储存气态前驱体，第I稀释气气瓶用于储存稀释气，第I载气气瓶用于储存载气。作为本发明的一个实施例，所述第I气体计量装置可以为浮子流量计、转子流量计或气体质量流量控制器(MFC)。
作为本发明的一个实施例，所述气态前驱体输运通道上还设置有第I吹扫气气瓶，用于储存吹扫气；所述第I气体计量装置也用于调控输运至反应炉中吹扫气的流量。
作为本发明的一个实施例，如图1所示，所述气态前驱体输运通道包括第I主管路、第I吹扫气支管路、第I载气支管路、第I排气支管路和第I稀释气支管路，所述第I气体计量装置包括气态前驱体计量装置1-5-1、第I吹扫气计量装置1-5-2、第I载气计量装置1-5-3和第I稀释气计量装置1-5-4；
沿气态前驱体输运方向，所述第I主管路上顺次设置有所述气态前驱体气瓶、第I吹扫气支管路、气态前驱体计量装置、第I载气支管路、第I排气支管路1-6、第I稀释气支管路和反应炉；
其中，所述第I吹扫气支管路的一端连接有第I吹扫气气瓶，经第I吹扫气计量装置后另一端连接至第I主管路上；所述第I载气支管路的一端连接有第I载气气瓶，经第I载气计量装置后另一端连接至第I主管路上；所述第I稀释气支管路的一端连接有第I稀释气气瓶，经第I稀释气计量装置后另一端连接至第I主管路上。
作为本发明的一个实施例，可以采用电脑端软件通过信号控制所述气态前驱体计量装置、第I吹扫气计量装置、第I载气计量装置和第I稀释气计量装置，以实现对气体流量的调控。
作为本发明的一个实施例，所述气态前驱体气瓶、第I吹扫气气瓶、第I载气气瓶和第I稀释气气瓶的出气口处均设置有阀门，便于通过各阀门的开关状态实现对气态前驱体、吹扫气、载气以及稀释气的调控。
作为本发明的一个实施例，所述第I排气支管路上设置有阀门(记为A1阀门)，所述第I主管路上与第I排气支管路连接处也设置有阀门(记为A2阀门)。本发明设置第I排气支管路、A1阀门以及A2阀门，便于实现对气态前驱体输运通道以及反应炉进行吹扫；具体的，开启A1阀门且关闭A2阀门时，可以实现对气态前驱体输运通道的吹扫，吹扫气可通过第I排气支管路排出；关闭A1阀门且开启A2阀门时，可以实现对气态前驱体输运通道以及反应炉的吹扫，吹扫气可通过反应炉的出气口排出。而且，在实际制备陶瓷基复合材料的过程中，所述A1阀门保持常闭状态，所述A2阀门保持开启状态，保证气态前驱体、载气以及稀释气顺利输运至反应炉中。
如图1所示，在本发明中，所述液态前驱体输运通道上设置有液态前驱体储存罐2-1、第II载气气瓶2-3、第II稀释气气瓶2-4、液体计量装置2-5-1、第II气体计量装置和加热带2-8，所述加热带用于将液态前驱体加热至汽化，所述液体计量装置用于调控液态前驱体的流量，所述第II气体计量装置用于调控输运至反应炉中载气以及稀释气的流量。在本发明中，所述液态前驱体储存罐用于储存液态前驱体，第II稀释气气瓶用于储存稀释气，第II载气气瓶用于储存载气，加热带用于将液态前驱体加热至汽化，所得蒸汽输运至反应炉内进行化学气相沉积或化学气相渗透。作为本发明的一个实施例，所述液态前驱体储存罐为正压不锈钢密封罐；所述液体计量装置可以为液体流量计或液体泵；所述第II气体计量装置可以为浮子流量计、转子流量计或气体质量流量控制器(MFC)。
作为本发明的一个实施例，所述液态前驱体输运通道上还设置有第II吹扫气气瓶，用于储存吹扫气；所述第II气体计量装置也用于调控输运至反应炉中吹扫气的流量。
作为本发明的一个实施例，如图1所示，所述液态前驱体输运通道包括第II主管路、第II吹扫气支管路、第II载气支管路、第II排气/排液支管路和第II稀释气支管路，所述第II气体计量装置包括第II吹扫气计量装置2-5-2、第II载气计量装置2-5-3和第II稀释气计量装置2-5-4；
沿液态前驱体输运方向，所述第II主管路上顺次设置有所述液态前驱体储存罐、第II吹扫气支管路、液体计量装置、第II载气支管路、加热带、第II排气/排液支管路2-6、第II稀释气支管路和反应炉；
其中，所述第II吹扫气支管路的一端连接有第II吹扫气气瓶，经第II吹扫气计量装置后另一端连接至第II主管路上；所述第II载气支管路的一端连接有第II载气气瓶，经第II载气计量装置后另一端连接至第II主管路上；所述第II排气/排液支管路的出口连接有废液罐2-7；所述第II稀释气支管路的一端连接有第II稀释气气瓶，经第II稀释气计量装置后另一端连接至第II主管路上。
作为本发明的一个实施例，可以采用电脑端软件通过信号控制所述液体计量装置、第II吹扫气计量装置、第II载气计量装置和第II稀释气计量装置，以实现对液态前驱体以及气体流量的调控。
作为本发明的一个实施例，所述液态前驱体储存罐的出液口处以及第II吹扫气气瓶、第II载气气瓶和第II稀释气气瓶的出气口处均设置有阀门，便于通过各阀门的开关状态实现对液态前驱体、吹扫气、载气以及稀释气的调控。
作为本发明的一个实施例，所述第II排气/排液支管路上设置有阀门(记为B1阀门)，所述第II主管路上与第II排气/排液支管路连接处也设置有阀门(记为B2阀门)；所述第II排气/排液支管路的出口连接有废液罐。本发明设置第II排气/排液支管路、B1阀门和B2阀门，便于实现对液态前驱体输运通道以及反应炉进行吹扫；具体的，开启B1阀门且关闭B2阀门时，可以实现对液态前驱体输运通道的吹扫，将液态前驱体输运通道中残余液体吹扫至废液罐；关闭B1阀门且开启B2阀门时，可以实现对反应炉的吹扫，吹扫气可通过反应炉的出气口排出。而且，在实际制备陶瓷基复合材料的过程中，所述B1阀门保持常闭状态，所述B2阀门保持开启状态，保证液态前驱体汽化后的蒸汽、载气以及稀释气顺利输运至反应炉中。
如图1所示，作为本发明的一个实施例，所述反应炉设置有抽气口，所述抽气口连通有真空泵4，用于对所述反应炉内抽真空。
本发明提供了采用上述技术方案所述化学气相沉积/渗透装置制备陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：
将纤维增强体置于反应炉中，通过前驱体输运系统将第一前驱体输运至反应炉中，在所述纤维增强体的表面制备得到界面相；之后通过前驱体输运系统将第二前驱体输运至反应炉中，在所述界面相的表面进行陶瓷基体的致密化，得到陶瓷基复合材料；
其中，将所述第一前驱体和第二前驱体输运至反应炉的过程，在稀释气和载气存在条件下进行；
所述第一前驱体包括第一液态前驱体汽化后的蒸汽和/或第一气态前驱体；所述第二前驱体包括第二液态前驱体汽化后的蒸汽和/或第二气态前驱体。
本发明首先对陶瓷基复合材料的制备原料以及结构进行说明。在本发明中，所述陶瓷基复合材料包括纤维增强体和陶瓷基体，且所述纤维增强体和陶瓷基体之间设置有界面相。在本发明中，所述界面相结构上优选包括单层单相界面相、多层单相界面相或多层多相交替界面相，所述界面相化学组成上优选包括PyC、BN和SiC中的至少一种，更优选为PyC、BN或SiC。在本发明中，所述陶瓷基体结构上优选包括单相基体或多相基体，所述陶瓷基体化学组成上优选包括SiC、SiBCN、TiB2和Ti3SiC2中的至少一种，更优选为SiC、SiBCN、TiB2或Ti3SiC2。
在本发明中，所述第一液态前驱体和第二液态前驱体优选独立地包括甲基三氯硅烷、四氯化硅和四氯化钛中的至少一种；所述第一气态前驱体和第二气态前驱体优选独立地包括烷烃类气体、三卤化硼气体、氨气和氢气中的至少一种。具体的，制备BN界面相时，可以同时采用三卤化硼气体(具体如BCl3)和氨气作为第一前驱体；制备SiC界面相时，可以采用甲基三氯硅烷汽化后的蒸汽作为第一前驱体。陶瓷基体为SiC时，可以采用甲基三氯硅烷汽化后的蒸汽作为第二前驱体；陶瓷基体为SiBCN时，可以同时采用甲基三氯硅烷汽化后的蒸汽以及BCl3和NH3作为第二前驱体；陶瓷基体为Ti3SiC2时，可以同时采用四氯化钛汽化后的蒸汽以及甲基三氯硅烷汽化后的蒸汽作为第二前驱体。
在本发明中，所述吹扫气优选为氮气或氩气，更优选为氮气；所述载气优选为氢气；所述稀释气优选为氮气或氩气，更优选为氮气。
下面对本发明制备陶瓷基复合材料的方法进行说明。本发明将纤维增强体置于反应炉中，通过前驱体输运系统将第一前驱体输运至反应炉中，在所述纤维增强体的表面制备得到界面相。本发明对所述纤维增强体没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的纤维增强体即可，具体可以为单束纤维，也可以为纤维编织预制体，本发明对所述纤维编织预制体的结构没有特殊限定，如具体可以为二维(2D)叠层结构。本发明优选将纤维增强体置于沉积模具中，之后将盛放有纤维增强体的沉积模具置于反应炉的恒温区进行后续处理。
在本发明中，在所述反应炉中放置纤维增强体后且输运第一前驱体前优选还包括：对反应炉依次进行吹扫、抽真空以及气密性检查。在本发明中，对反应炉进行吹扫的时间优选为3～5min。本发明对所述抽真空和气密性检查的方式没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可；气密性检查良好后，即可进行后续处理。
本发明通过前驱体输运系统将第一前驱体输运至反应炉中，在所述纤维增强体的表面制备得到界面相；其中，将所述第一前驱体输运至反应炉的过程，在稀释气和载气存在条件下进行。本发明优选根据制备界面相所需前驱体的物理状态选择对应的前驱体输运系统。具体的，当所述第一前驱体为第一气态前驱体，本发明优选启动反应炉的升温程序，使反应炉内温度为600～1100℃(优选为800～1000℃)，并控制反应炉内压力为1～10kPa(优选为2～5kPa)，采用气态前驱体输运通道，通过第I气体计量装置调控输运至反应炉中的第一气态前驱体、稀释气以及载气的流量(可控的流量范围优选为0～3L/min)，实现在纤维增强体的表面沉积形成界面相，沉积时间以最终得到所需厚度要求的界面相为基准。当所述第一前驱体为第一液态前驱体汽化后的蒸汽，本发明优选采用液态前驱体输运通道，通过液体计量装置调控第一液态前驱体的流量，之后通过加热带将第一液态前驱体加热至汽化，所得蒸汽在载气作用下输运至反应炉中，通过第II气体计量装置调控输运至反应炉中的稀释气以及载气的流量，实现在纤维增强体的表面沉积形成界面相(其余条件参照上述方法即可，不再赘述)。当所述第一前驱体为第一液态前驱体汽化后的蒸汽和第一气态前驱体，本发明优选同时采用气态前驱体输运通道和液态前驱体输运通道，并通过相应的液体计量装置调控第一液态前驱体的流量，通过第I气体计量装置和第II气体计量装置调控相应的气体流量，实现在纤维增强体的表面沉积形成界面相(其余条件参照上述方法即可，不再赘述)。
制备得到界面相后，本发明通过前驱体输运系统将第二前驱体输运至反应炉中，在所述界面相的表面进行陶瓷基体的致密化，得到陶瓷基复合材料；其中，将所述第二前驱体输运至反应炉的过程，在稀释气和载气存在条件下进行。在本发明中，进行陶瓷基体的致密化时，所述反应炉内的温度优选高于制备界面相时反应内的温度，具体的，进行陶瓷基体的致密化时反应炉内的温度优选为900～1400℃，更优选为1000～1200℃；进行陶瓷基体的致密化时反应炉内的压力优选为1～30kPa，更优选为3～15kPa。本发明优选根据制备陶瓷基体所需前驱体的物理状态选择对应的前驱体输运系统，具体可以参照上述制备界面相的方法，不再赘述。
在本发明中，当制备陶瓷基复合材料的过程中采用所述前驱体输运系统的液态前驱体输运通道输运第一液态前驱体和/或第二液态前驱体时，输运完毕后优选还包括：对所述液态前驱体输运通道进行吹扫，将所述液态前驱体输运通道中残余液体吹扫至废液罐。在本发明中，对液态前驱体输运通道进行吹扫的时间优选大于5min，如可以为5～10min。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
采用本发明提供的化学气相沉积/渗透装置制备陶瓷基复合材料，其中，纤维增强体为单束SiC纤维，界面相为BN，陶瓷基体为SiC，制备得到的陶瓷基复合材料记为单束SiC/BN/SiC复合材料；制备BN界面相采用的前驱体为BCl3和NH3，制备SiC陶瓷基体采用的前驱体为甲基三氯硅烷(MTS)；所述化学气相沉积/渗透装置中包括两路气态前驱体输运通道和一路液态前驱体输运通道，分别记为BCl3输运通道、NH3输运通道和MTS输运通道，第I气体计量装置和第II气体计量装置均为气体质量流量控制器(MFC)，液体计量装置为液体泵，稀释气以及吹扫气为N2，载气为H2；制备方法包括如下步骤：
(1)BN界面相的制备
将单束SiC纤维放入沉积模具内，将沉积模具置于反应炉的恒温区，装炉；N2吹扫反应炉3min，抽真空并检查气密性；系统气密性良好后，启动升温程序，使反应炉内温度为800℃，并控制反应炉内压力为3kPa，选择BCl3输运通道和NH3输运通道，利用MFC调控输运至反应炉内的N2、H2、BCl3和NH3的流量，进行沉积1h，在单束SiC纤维表面制备得到厚度为0.5μm的BN界面相。
(2)SiC陶瓷基体的制备
制备完BN界面相后，停止输运H2、BCl3和NH3，在通入N2条件下将反应炉内温度升温至1000℃，并控制反应炉内压力为5kPa，选择MTS输运通道，利用MFC调控输运至反应炉内的N2和H2的流量，利用液体泵调控MTS液体的流量，在60℃加热带作用下，MTS液体汽化为MTS蒸汽，在H2作用下输运进反应炉，在BN界面相的表面进行SiC陶瓷基体的致密化100h，得到单束SiC/BN/SiC复合材料；其中，致密化结束后，先关闭液体泵，再停止输运H2并使加热带停止加热，用N2吹扫MTS输运通道5min，将其中残余的MTS液体吹扫至废液罐；反应炉在N2气氛下自然降温后取出样品，密度为2.2g/cm3。
实施例2
采用本发明提供的化学气相沉积/渗透装置制备陶瓷基复合材料，其中，纤维增强体为2D叠层SiC纤维编织预制体，界面相为BN，陶瓷基体为SiBCN，制备得到的陶瓷基复合材料记为2D SiC/BN/SiBCN复合材料；制备BN界面相采用的前驱体为BCl3和NH3，制备SiBCN陶瓷基体采用的前驱体为BCl3、NH3和MTS；所述化学气相沉积/渗透装置中包括两路气态前驱体输运通道和一路液态前驱体输运通道，分别记为BCl3输运通道、NH3输运通道和MTS输运通道，第I气体计量装置和第II气体计量装置均为气体质量流量控制器(MFC)，液体计量装置为液体泵，稀释气以及吹扫气为N2，载气为H2；制备方法包括如下步骤：
(1)BN界面相的制备
将2D叠层SiC纤维编织预制体放入沉积模具内，将沉积模具置于反应炉的恒温区，装炉；N2吹扫反应炉3min，抽真空并检查气密性；系统气密性良好后，启动升温程序，使反应炉内温度为850℃，并控制反应炉内压力为2kPa，选择BCl3输运通道和NH3输运通道，利用MFC调控输运至反应炉内的N2、H2、BCl3和NH3的流量，进行沉积2h，在2D叠层SiC纤维编织预制体表面制备得到厚度为0.3μm的BN界面相。
(2)SiBCN陶瓷基体的制备
制备完BN界面相后，停止输运H2、BCl3和NH3，在通入N2条件下将反应炉内温度升温至1100℃，并控制反应炉内压力为3kPa，选择BCl3输运通道、NH3输运通道和MTS输运通道，利用MFC调控输运至反应炉内的N2、H2、BCl3和NH3的流量，利用液体泵调控MTS液体的流量，在60℃加热带作用下，MTS液体汽化为MTS蒸汽，在H2作用下输运进反应炉，在BN界面相的表面进行SiC陶瓷基体的致密化120h，得到2D SiC/BN/SiBCN复合材料；其中，致密化结束后，先关闭液体泵，再停止输运H2、BCl3和NH3并使加热带停止加热，用N2吹扫MTS输运通道5min，将其中残余的MTS液体吹扫至废液罐；反应炉在N2气氛下自然降温后取出样品，密度为2.4g/cm3。
实施例3
采用本发明提供的化学气相沉积/渗透装置制备陶瓷基复合材料，其中，纤维增强体为2D叠层SiC纤维编织预制体，界面相为SiC，陶瓷基体为Ti3SiC2，制备得到的陶瓷基复合材料记为2D SiC/SiC/Ti3SiC2复合材料；制备SiC界面相采用的前驱体为MTS，制备Ti3SiC2陶瓷基体采用的前驱体为MTS和TiCl4；所述化学气相沉积/渗透装置中包括两路液态前驱体输运通道，分别记为MTS输运通道和TiCl4输运通道，第I气体计量装置和第II气体计量装置均为气体质量流量控制器(MFC)，液体计量装置为液体泵，稀释气以及吹扫气为N2，载气为H2；制备方法包括如下步骤：
(1)SiC界面相的制备
将2D叠层SiC纤维编织预制体放入沉积模具内，将沉积模具置于反应炉的恒温区，装炉；N2吹扫反应炉3min，抽真空并检查气密性；系统气密性良好后，启动升温程序，使反应炉内温度为1000℃，并控制反应炉内压力为3kPa，选择MTS输运通道，利用MFC调控输运至反应炉内的N2和H2的流量，利用液体泵调控MTS液体的流量，在60℃加热带作用下，MTS液体汽化为MTS蒸汽，在H2作用下输运进反应炉，进行沉积2h，在2D叠层SiC纤维编织预制体表面制备得到厚度为0.3μm的SiC界面相。
(2)Ti3SiC2陶瓷基体的制备
制备完SiC界面相后，停止输运H2和MTS，在通入N2条件下将反应炉内温度升温至1100℃，并控制反应炉内压力为15kPa，选择MTS输运通道和TiCl4输运通道，利用MFC调控输运至反应炉内的N2和H2的流量，利用液体泵调控MTS液体和TiCl4液体的流量，分别在60℃加热带和100℃加热带作用下，MTS液体和TiCl4液体汽化为MTS蒸汽和TiCl4蒸汽，在H2作用下输运进反应炉，在SiC界面相的表面进行Ti3SiC2陶瓷基体的致密化100h，得到2D SiC/SiC/Ti3SiC2复合材料；其中，致密化结束后，先关闭液体泵，再停止输运H2并使加热带停止加热，分别用N2吹扫MTS输运通道和TiCl4输运通道5min，将其中残余的MTS液体和TiCl4液体吹扫至废液罐；反应炉在N2气氛下自然降温后取出样品，密度为2.2g/cm3。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种化学气相沉积/渗透装置，其特征在于，包括前驱体输运系统和反应炉，所述前驱体输运系统包括并联设置的气态前驱体输运系统和液态前驱体输运系统，所述气态前驱体输运系统包括至少一路气态前驱体输运通道，所述液态前驱体输运系统包括至少一路液态前驱体输运通道，且所述气态前驱体输运通道和液态前驱体输运通道均与所述反应炉连接；
其中，所述气态前驱体输运通道上设置有气态前驱体气瓶、第I载气气瓶、第I稀释气气瓶和第I气体计量装置，所述第I气体计量装置用于调控输运至反应炉中气态前驱体、载气以及稀释气的流量；
所述液态前驱体输运通道上设置有液态前驱体储存罐、第II载气气瓶、第II稀释气气瓶、液体计量装置、第II气体计量装置和加热带，所述加热带用于将液态前驱体加热至汽化，所述液体计量装置用于调控液态前驱体的流量，所述第II气体计量装置用于调控输运至反应炉中载气以及稀释气的流量。
2.根据权利要求1所述的化学气相沉积/渗透装置，其特征在于，当所述气态前驱体输运系统包括多路气态前驱体输运通道时，各路气态前驱体输运通道并联设置；当所述液态前驱体输运系统包括多路液态前驱体输运通道时，各路液态前驱体输运通道并联设置。
3.根据权利要求1或2所述的化学气相沉积/渗透装置，其特征在于，所述气态前驱体输运通道上还设置有第I吹扫气气瓶，所述气态前驱体输运通道包括第I主管路、第I吹扫气支管路、第I载气支管路、第I排气支管路和第I稀释气支管路，所述第I气体计量装置包括气态前驱体计量装置、第I吹扫气计量装置、第I载气计量装置和第I稀释气计量装置；
沿气态前驱体输运方向，所述第I主管路上顺次设置有所述气态前驱体气瓶、第I吹扫气支管路、气态前驱体计量装置、第I载气支管路、第I排气支管路、第I稀释气支管路和反应炉；
其中，所述第I吹扫气支管路的一端连接有第I吹扫气气瓶，经第I吹扫气计量装置后另一端连接至第I主管路上；所述第I载气支管路的一端连接有第I载气气瓶，经第I载气计量装置后另一端连接至第I主管路上；所述第I稀释气支管路的一端连接有第I稀释气气瓶，经第I稀释气计量装置后另一端连接至第I主管路上。
4.根据权利要求1或2所述的化学气相沉积/渗透装置，其特征在于，所述液态前驱体输运通道上还设置有第II吹扫气气瓶，所述液态前驱体输运通道包括第II主管路、第II吹扫气支管路、第II载气支管路、第II排气/排液支管路和第II稀释气支管路，所述第II气体计量装置包括第II吹扫气计量装置、第II载气计量装置和第II稀释气计量装置；
沿液态前驱体输运方向，所述第II主管路上顺次设置有所述液态前驱体储存罐、第II吹扫气支管路、液体计量装置、第II载气支管路、加热带、第II排气/排液支管路、第II稀释气支管路和反应炉；
其中，所述第II吹扫气支管路的一端连接有第II吹扫气气瓶，经第II吹扫气计量装置后另一端连接至第II主管路上；所述第II载气支管路的一端连接有第II载气气瓶，经第II载气计量装置后另一端连接至第II主管路上；所述第II排气/排液支管路的出口连接有废液罐；所述第II稀释气支管路的一端连接有第II稀释气气瓶，经第II稀释气计量装置后另一端连接至第II主管路上。
5.根据权利要求1或2所述的化学气相沉积/渗透装置，其特征在于，所述反应炉设置有抽气口，所述抽气口连通有真空泵。
6.采用权利要求1～5任一项所述化学气相沉积/渗透装置制备陶瓷基复合材料的方法，包括以下步骤：
将纤维增强体置于反应炉中，通过前驱体输运系统将第一前驱体输运至反应炉中，在所述纤维增强体的表面制备得到界面相；之后通过前驱体输运系统将第二前驱体输运至反应炉中，在所述界面相的表面进行陶瓷基体的致密化，得到陶瓷基复合材料；
其中，将所述第一前驱体和第二前驱体输运至反应炉的过程，在稀释气和载气存在条件下进行；
所述第一前驱体包括第一液态前驱体汽化后的蒸汽和/或第一气态前驱体；所述第二前驱体包括第二液态前驱体汽化后的蒸汽和/或第二气态前驱体。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述反应炉中放置纤维增强体后且输运第一前驱体前还包括：对反应炉依次进行吹扫、抽真空以及气密性检查；
当制备陶瓷基复合材料的过程中采用所述前驱体输运系统的液态前驱体输运通道输运第一液态前驱体和/或第二液态前驱体时，输运完毕后还包括：对所述液态前驱体输运通道进行吹扫，将所述液态前驱体输运通道中残余液体吹扫至废液罐。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述界面相结构上包括单层单相界面相、多层单相界面相或多层多相交替界面相，所述界面相化学组成上包括PyC、BN和SiC中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述陶瓷基体结构上包括单相基体或多相基体，所述陶瓷基体化学组成上包括SiC、SiBCN、TiB2和Ti3SiC2中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一液态前驱体和第二液态前驱体独立地包括甲基三氯硅烷、四氯化硅和四氯化钛中的至少一种；所述第一气态前驱体和第二气态前驱体独立地包括烷烃类气体、三卤化硼气体、氨气和氢气中的至少一种。
CN202010877310.7A 2020-08-27 2020-08-27 一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法 Pending CN111995402A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010877310.7A CN111995402A (zh) 2020-08-27 2020-08-27 一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010877310.7A CN111995402A (zh) 2020-08-27 2020-08-27 一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111995402A true CN111995402A (zh) 2020-11-27

Family

ID=73471101

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010877310.7A Pending CN111995402A (zh) 2020-08-27 2020-08-27 一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111995402A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10330941A (ja) * 1997-06-04 1998-12-15 Fujikura Ltd Ｃｖｄ用液体原料供給装置
US20040007180A1 (en) * 2002-07-10 2004-01-15 Tokyo Electron Limited Film-formation apparatus and source supplying apparatus therefor, gas concentration measuring method
CN104120407A (zh) * 2014-07-31 2014-10-29 沈阳大学 一种用于化学气相沉积液体原料汽化供给装置与使用方法
CN110273141A (zh) * 2019-08-02 2019-09-24 华东师范大学 一种用于液态前驱体的化学气相沉积反应炉
CN110529736A (zh) * 2019-09-05 2019-12-03 广东先导先进材料股份有限公司 一种化学气相沉积系统及供气装置和供气方法
CN110983300A (zh) * 2019-12-04 2020-04-10 江苏菲沃泰纳米科技有限公司 镀膜设备及其应用
CN211036099U (zh) * 2019-10-30 2020-07-17 有研工程技术研究院有限公司 一种水平式mocvd系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10330941A (ja) * 1997-06-04 1998-12-15 Fujikura Ltd Ｃｖｄ用液体原料供給装置
US20040007180A1 (en) * 2002-07-10 2004-01-15 Tokyo Electron Limited Film-formation apparatus and source supplying apparatus therefor, gas concentration measuring method
CN104120407A (zh) * 2014-07-31 2014-10-29 沈阳大学 一种用于化学气相沉积液体原料汽化供给装置与使用方法
CN110273141A (zh) * 2019-08-02 2019-09-24 华东师范大学 一种用于液态前驱体的化学气相沉积反应炉
CN110529736A (zh) * 2019-09-05 2019-12-03 广东先导先进材料股份有限公司 一种化学气相沉积系统及供气装置和供气方法
CN211036099U (zh) * 2019-10-30 2020-07-17 有研工程技术研究院有限公司 一种水平式mocvd系统
CN110983300A (zh) * 2019-12-04 2020-04-10 江苏菲沃泰纳米科技有限公司 镀膜设备及其应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
（美）F·C·坎贝尔等: "《结构复合材料》", 30 June 2019, 上海交通大学出版社 *
慕成斌等: "《通信光纤光缆制造设备及产业发展》", 31 July 2017, 同济大学出版社 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105992836B (zh) 改进的等离子体增强ald系统
KR101063855B1 (ko) 기판 처리 장치
US8839740B2 (en) Simple chemical vapor deposition systems for depositing multiple-metal aluminide coatings
US20100266765A1 (en) Method and apparatus for growing a thin film onto a substrate
US10837109B2 (en) CVI/CVD matrix densification process and apparatus
US9493873B2 (en) Method for preparing a coating for protecting a part against oxidation
CN101187012A (zh) 催化剂辅助的高k材料的硅酸盐的沉积方法
WO2019153585A1 (zh) 一种真空反应装置及反应方法
US10731252B2 (en) Apparatus and method for coating specimens
CN109320303A (zh) 超高温抗氧化耐烧蚀层及其制备方法
CN113416945B (zh) 原子层沉积设备的进气装置及原子层沉积设备
US20230219858A1 (en) Method for fabricating ceramic matrix composite components
KR20080108040A (ko) 기판 처리 장치
CN111995402A (zh) 一种化学气相沉积/渗透装置和制备陶瓷基复合材料的方法
KR101210458B1 (ko) 반도체 장치의 제조 방법 및 기판 처리 장치
JP2011132568A (ja) 半導体装置の製造方法および基板処理装置
US11858859B2 (en) Method for depositing a coating on a yarn in a microwave field
CN110541159A (zh) 原子层沉积设备及方法
CN113564561B (zh) 基于流化床和化学气相沉积技术的粉体颗粒包覆设备
CN210048850U (zh) 一种手套箱结合原子层沉积的镀膜设备
CN112575312B (zh) 薄膜制备设备以及薄膜制备方法
CN113278250A (zh) 一种Ti3SiC2陶瓷增强复合材料的制备方法
JPH03141192A (ja) 気相成長装置および気相成長方法
TW201538775A (zh) 製備薄膜之系統
CN210916247U (zh) 薄膜制备设备

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20201127