CN220149660U - 一种在石墨零件表面制备氮化硅防护涂层的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种在石墨零件表面制备氮化硅防护涂层的装置，包括机体，所述机体内设置有用于对石墨零件进行制备氮化硅防护涂层的腔体，所述腔体内设置有能够抓取石墨零件并使其转动的抓手组件，所述抓手组件包括相对设置、配合使用的第一零件抓手以及第二零件抓手，通过两个零件抓手可以转换零件表面方向，使零件所有外表面都能沉积涂层。同时，制备出的涂层具有较高的致密度，可以在腐蚀、高温环境中阻断腐蚀或氧化通道，提高了在特殊极端环境下工作的石墨器件的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及表面涂层技术领域，特别是一种在石墨零件表面制备氮化硅防护涂层的装置。
背景技术
石墨材料具有优异的结构强度、耐高温性能、抗热震性能以及良好的导电、导热等优点，成为工业领域内重要的导电材料和结构材料。在机械、电子、化工、冶金以及核能和航空航天工业等领域都显示出优良的应用特性。但是，石墨材料在高温环境下面临着氧化烧蚀、固体粒子冲刷、化学腐蚀和熔盐侵蚀等问题。而涂层材料，能够有效地提高石墨基材的抗氧化、耐腐蚀和耐磨损能力。其中，氮化硅是一种性能优越的硬质涂层，具有良好的抗氧化性，耐腐蚀性，抗热震性以及耐磨损的优点，可作为一种表面防护涂层应用在石墨器件上。目前制备氮化硅涂层的主要技术是物理气相沉积(PVD)技术以及一些低温化学气相沉积技术，涂层沉积效率较低，所制备的涂层主要为非晶态，其密度较低，力学性能欠佳，不能满足极端工况下对石墨件的保护需求。此外，常规镀膜技术难以为零件的所有表面都进行镀膜。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种在石墨零件表面制备氮化硅防护涂层的装置。
为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
一种在石墨零件表面制备氮化硅防护涂层的装置，包括机体，所述机体内设置有用于对石墨零件进行制备氮化硅防护涂层的腔体，所述腔体内设置有能够抓取石墨零件并使其转动的抓手组件，所述抓手组件包括相对设置、配合使用的第一零件抓手以及第二零件抓手。
作为本实用新型的进一步改进，所述腔体内还设置有朝向石墨零件照射的激光，所述激光用于激光化学气相沉积。
作为本实用新型的进一步改进，所述腔体内设置有红外测温仪，所述腔体上设置有用于向石墨零件输送制备物质的喷头，所述喷头上连接有气体阀门以及气体流量计。
本实用新型的有益效果
相比于现有技术，本实用新型的优点在于：
涂层制备方法为激光化学气相沉积技术，激光具有对前驱体同时进行光分解与热分解的特点，因此制备的涂层的有着极高的沉积速度，极大的提高了涂层的制备效率，且通过两个零件抓手可以转换零件表面方向，使零件所有外表面都能沉积涂层。同时，制备出的涂层具有较高的致密度，可以在腐蚀、高温环境中阻断腐蚀或氧化通道，提高了在特殊极端环境下工作的石墨器件的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型的激光化学气相沉积氮化硅涂层装置示意图；
图2为本实用新型的α-Si3N4涂层的断面扫描电镜照片；
图3为本实用新型的非晶态氮化硅涂层的断面扫描电镜照片；
图中：1-腔体；2-第一石英玻璃窗口；3-红外测温计；4-真空泵；5-第二石英玻璃窗口；6-激光；7-第一零件抓手；8-第二零件抓手；9-石墨零件；10-气体阀门；11-气体流量计；12-喷头。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供一种在石墨零件表面制备氮化硅防护涂层的装置，整体结构示意见图1。主体结构为1-腔体，通过4-真空泵使腔体形成低压沉积环境，1-腔体上设有2-第一石英玻璃窗口和5-第二石英玻璃窗口，6-激光通过5-第二石英玻璃窗口给9-石墨零件加热并使前驱体光分解和热分解，3-红外测温计通过设有2-第一石英玻璃窗口对9-石墨零件进行温度监测，前驱体由10-气体阀门、11-气体流量计与12-喷头控制并输送至零件表面区域。7-第一零件抓手和8-第二零件抓手协同支撑、转换零件表面方向，使9-石墨零件所有外表面都能镀覆上氮化硅防护涂层。
采用本实用新型激光化学气相沉积装置制备氮化硅涂层，具体方法如下：
1)调整7-第一零件抓手和8-第二零件抓手使9-石墨零件一个表面朝向12-喷口，并加紧固定。将1-腔体抽真空至真空度为10Pa；
2)向1-腔体内通入1000sccm稀释气体H2，其中，sccm表示标况下(0℃，1atm)毫升每分钟；
3)将100sccm SiCl4，500sccm NH3通入1-腔体内，并调节沉积压强至10000Pa；
4)加载6-激光波长为1000nm，连续激光照射9-石墨零件表面至9-石墨零件达到1000～1300℃，连续加载激光沉积15min；
5)关闭激光，操纵7-第一零件抓手和8-第二零件抓手使9-石墨零件另一个待镀膜表面朝向12-喷口；
6)重复步骤4)直至9-石墨零件所有需要保护的表面都完成涂层沉积后，关闭激光，停止通入SiCl4，NH3以及H2，抽真空至1～10Pa，并自然冷却至室温。
图2为实施例沉积温度1200℃所得涂层的截面形貌图，图中显示，α-Si3N4截面呈现出致密结构，厚度达到195μm，沉积速度为780μm/h。
图3为实施例沉积温度1000℃所得涂层的截面形貌图，图中显示涂层截面为玻璃状，表明涂层结构为非晶态。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式；但本实用新型的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (3)
1.一种在石墨零件表面制备氮化硅防护涂层的装置，其特征在于，包括机体，所述机体内设置有用于对石墨零件进行制备氮化硅防护涂层的腔体，所述腔体内设置有能够抓取石墨零件并使其转动的抓手组件，所述抓手组件包括相对设置、配合使用的第一零件抓手以及第二零件抓手。
2.根据权利要求1所述的一种在石墨零件表面制备氮化硅防护涂层的装置，其特征在于：
所述腔体内还设置有朝向石墨零件照射的激光，所述激光用于激光化学气相沉积。
3.根据权利要求1所述的一种在石墨零件表面制备氮化硅防护涂层的装置，其特征在于：
所述腔体内设置有红外测温仪，所述腔体上设置有用于向石墨零件输送制备物质的喷头，所述喷头上连接有气体阀门以及气体流量计。
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