[发明专利]一种纳米晶MoSi2

说明书

本发明涉及高温涂层材料技术领域，具体公开了一种纳米晶MoSi₂涂层的制备方法及纳米晶MoSi₂涂层，MoSi₂涂层的制备方法包括以下步骤：将基底置于磁控溅射系统的腔室中，抽真空后通入惰性气体，加热基底至600‑800℃，同时开启钼靶和硅靶的电源进行共沉积，得到MoSi₂涂层；其中，钼靶为1个，硅靶为2个，共沉积过程中，控制钼靶和硅靶的溅射速率相同。本发明的纳米晶MoSi₂涂层的制备方法简单，能够在基底上原位合成化学计量比的MoSi₂涂层，不需要再经过退火处理，能够避免在退火过程中发生晶粒变大以及膜基结合力变弱等问题，同时避免在涂层中引入其它非化学计量比的组成相。

技术领域

本发明涉及高温涂层材料技术领域，更具体地说，它涉及一种纳米晶MoSi₂涂层的制备方法及纳米晶MoSi₂涂层。

背景技术

金属间化合物MoSi₂因其具有高熔点(2030℃)、高刚度(弹性模量342GPa)、优良的导电性能(电阻率2.15Ω·cm)和导热性能 (热导率W/m·℃)，以及极好的高温抗氧化性能(抗氧化温度可达 1700℃)等优点，是最适合工程应用的高温涂层材料之一，已成为航天、航空以及核工业等领域的关键高温涂层材料。

相关技术中，常用的磁控溅射沉积方式形成MoSi₂涂层，主要有以下三种：第一种是通过将钼沉积在硅基底表面；第二种是通过两个单质靶材，即钼靶和硅靶，磁控溅射共沉积，以形成Mo/Si多层膜或Mo/Si混合膜；第三种是是直接从化学计量比的MoSi₂靶沉积MoSi₂膜。上述三种磁控溅射的沉积方式得到的涂层通常为非晶结构。由于纳米晶结构拥有大量的晶界，能够作为氧化膜形成元素的短路扩散通道，促进形成连续致密的氧化膜，从而提高MoSi₂涂层的高温抗氧化性能，通常需要将上述制备得到的非晶结构涂层经过加热退火处理，得到纳米晶结构的MoSi₂涂层。

针对上述相关技术，发明人认为存在以下技术缺陷：上述方法中制备纳米晶MoSi₂涂层，需要分步制备，即先进行磁控溅射沉积得到非晶涂层，再通过加热退火才能得到纳米晶MoSi₂涂层，方法较为复杂，此外，在退火过程中往往会带来晶粒长大，以及化学计量比改变(例如引入Mo₅Si₃)而导致MoSi₂涂层的抗氧化性能下降，同时，加热过程中膜基热膨胀系数不匹配还会造成膜基结合力变弱，导致涂层耐磨性下降。

发明内容

为了改善纳米晶MoSi₂涂层制备方法复杂且晶粒长大、膜基结合力变弱、化学计量比难以控制的问题，本发明提供一种纳米晶 MoSi₂涂层的制备方法及纳米晶MoSi₂涂层。

第一方面，本发明提供一种纳米晶MoSi₂涂层的制备方法，采用如下的技术方案实现：

一种纳米晶MoSi₂涂层的制备方法，具体包括以下步骤：将基底置于磁控溅射系统的腔室中，抽真空后通入惰性气体，加热基底至 600-800℃，同时开启钼靶和硅靶的电源进行共沉积，得到纳米晶 MoSi₂涂层；其中，钼靶为1个，硅靶为2个，共沉积过程中，控制钼靶和硅靶的溅射速率相同。

优选的，所述硅靶的溅射功率为280-320W，所述钼靶的溅射功率为75-85W。

优选的，所述基底的加热温度为800℃。

第二方面，本发明提供一种纳米晶MoSi₂涂层，由上述纳米晶 MoSi₂涂层制备方法制备得到，所述纳米晶MoSi₂涂层的平均晶粒尺寸小于40nm。