涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了長程微通道內(nèi)壁TiO2涂層化學(xué)氣相沉積涂覆方法及設(shè)備，首先對單管涂覆工件即樣件的預(yù)處理凈化，采用化學(xué)氣相沉積方法和臥式爐裝置，在微小管道空間內(nèi)部，實現(xiàn)長程(長度為0.6-1m)，微通道(1-4mm)不銹鋼管內(nèi)壁，在800-850℃溫度條件下TiO2涂層的致密沉積，能夠使樣件表面達到良好的抑制表面結(jié)焦積碳的目的。
【專利說明】長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于材料表面處理及涂層【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在將來可能涉及到的高速飛行中，需要通過主動冷卻方案解決發(fā)動機的熱管理問題，即，在燃料進入燃燒室前，首先在發(fā)動機的壁面流動，通過物理升溫和化學(xué)裂解反應(yīng)吸收發(fā)動機產(chǎn)生的廢熱。為了達到有效換熱和充分冷卻，需要燃料流經(jīng)的冷卻管道足夠細，長度足夠長，以確保燃料的溫升足夠高。在此過程中，燃料一方面發(fā)生高溫裂解反應(yīng)，一方面發(fā)生結(jié)焦積碳反應(yīng)，尤其是基體材料的表面催化結(jié)焦，嚴重時可堵塞整個油路，帶來安全隱串
■/Q1、O
[0003]研究表明，一般的Fe基，Ni基等基體材料對燃料的結(jié)焦積碳具有較強的催化作用，會導(dǎo)致高溫條件下的積碳大量生成。為抑制基體表面的金屬催化結(jié)焦，國內(nèi)外研究者進行了大量的研究工作。目前，抑制金屬催化結(jié)焦的方法主要有四種:一是在線處理，即將基體表面清焦后，采用硫化氫、有機硫化物和有機磷化物中的一種或幾種對將基體表面進行預(yù)處理；二是氣氛處理，主要是對基體進行表面處理，以降低基體表面的鐵、鎳含量來抑制金屬催化結(jié)焦；三是在基體表面形成金屬合金層；四是在基體表面形成無機涂層。其中，在線處理需要在每次清焦后重新處理，工序較多，不利于工業(yè)應(yīng)用；氣氛處理方式則在基體表面形成的合金層較薄，容易破裂；合金層在經(jīng)過工業(yè)試用后發(fā)現(xiàn)其抑制結(jié)焦作用不明顯。因此，抑制金屬催化結(jié)焦較為簡便有效的方法是表面涂層技術(shù)，而如何在長程微通道的內(nèi)壁進行表面涂層處理又成為關(guān)鍵問題。
[0004]目前，常用的涂層制備技術(shù)主要有物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠、熱噴涂技術(shù)、電化學(xué)涂層等。這些工藝在工業(yè)中已經(jīng)得到了很好的應(yīng)用，如物理氣相沉積在生物材料的制備，化學(xué)氣相沉積在硬質(zhì)合金刀具的處理，溶膠凝膠法在催化劑的生產(chǎn)，電化學(xué)涂層在表面拋光等方面都得到了很好的應(yīng)用。但考慮到針對長程(0.6-lm)，微通道(內(nèi)徑2-4mm)的內(nèi)壁涂層處理，現(xiàn)有的涂層裝置和工藝難以滿足要求，現(xiàn)有裝置和沉積工藝僅能實現(xiàn)小型或大型工件的表面化學(xué)氣相沉積，而對于管長lm，內(nèi)徑在l-4mm的樣件的內(nèi)壁涂覆尚無好的處理辦法。
[0005]因此，只有化學(xué)氣相沉積方法通過重新設(shè)計可能成為解決問題的方案。T12涂層具有良好的導(dǎo)熱性能，力學(xué)性能，抗氧化性能，熱沖擊抗性，結(jié)焦反應(yīng)的催化惰性，與基體材料相近的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點，從而成為表面涂層處理的優(yōu)選方案之一。因此，我們通過借鑒傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積方法，針對異形長程微通道內(nèi)壁涂層涂覆的特殊需求，通過重新設(shè)計化學(xué)氣相沉積設(shè)備，開發(fā)新的涂層工藝和方法，從而最終實現(xiàn)了冷卻通道表面的涂層處理技術(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積涂覆方法，解決了針對長程(0.6-lm)，微通道(內(nèi)徑1-4_)的內(nèi)壁涂層處理，現(xiàn)有的涂層裝置和工藝難以滿足要求的問題。
[0007]本發(fā)明的另一個目的是提供進行長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積涂覆的
>J-U ρ?α裝直。
[0008]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是按照以下步驟進行:
[0009]步驟1:單管涂覆工件即樣件的預(yù)處理:
[0010]對樣件去除加工過程中的粉塵和微細雜質(zhì)；
[0011]進行酸洗，去除內(nèi)壁的氧化膜和銹蝕產(chǎn)物；
[0012]使用純凈度高的去離子水漂洗，去除表面殘渣；
[0013]采用丙酮清洗除去油污和其它有機物質(zhì)；空氣泵吹掃5min，使內(nèi)壁殘留的丙酮加速揮發(fā)，除盡殘留的丙酮，放入烘箱中在80°C烘干備用；
[0014]步驟2:涂層樣件的裝配:
[0015]樣件將第三級混氣罐和尾端混氣罐體連接，檢查氣密性，在保證不漏氣的條件下，整體放入加熱爐內(nèi)，將第三級混氣罐和第二級混氣罐通過卡套式硬密封進行連接,檢查氣密性；
[0016]步驟3:升溫沉積工藝:
[0017]在未升溫前，通入N2/H2保護氣吹掃整個管路，然后根據(jù)設(shè)定爐溫的升溫程序，開啟加熱爐開關(guān)，進行升溫，整個升溫過程中，保持保護氣流量不變；溫度達到800°C，打開整個管路沿程加熱帶開關(guān)，直至達到目標(biāo)溫度，然后打開TiCl4加熱裝置，待TiCl4達到目標(biāo)溫度后，通入H2載氣，載入TiCl4蒸汽進入沉積室進行反應(yīng)，沉積反應(yīng)達到預(yù)設(shè)時間后，關(guān)閉H2載氣和CO2氣源總閥，待載氣排盡時，同時關(guān)閉TiCl4罐進出口閥門，保持H2保護氣的流量不變，待尾端無白色煙霧冒出20min后，關(guān)閉所有加熱裝置開關(guān)；
[0018]步驟4:樣件取出:
[0019]加熱爐采用自然降溫，待溫度降為200°C以下，打開兩端連接卡套，取出沉積樣件。
[0020]長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆設(shè)備，包括四個氣源罐，氣源罐分別依次通過管道連接5A分子篩、變色硅膠、針型閥和質(zhì)量流量計，其中的三個質(zhì)量流量計通過管道依次連接一級混氣罐、球閥、二級混氣罐，另一個質(zhì)量流量計通過管道連接TiCl4罐，TiCl4罐通過管道連接二級混氣罐，二級混氣罐通過管道連接置于臥式電阻爐內(nèi)的三級混氣罐，三級混氣罐通過變徑二通卡套連接多根單管涂覆工件一端，多根單管涂覆工件另一端通過變徑二通卡套連接尾端混氣罐，尾端混氣罐通過管道連接臥式電阻爐外部的尾氣吸收裝置。
[0021]進一步，所述二級混氣罐及二級混氣罐與球閥、TiCl4罐、三級混氣罐之間的管道均置于加熱帶內(nèi)。
[0022]進一步,所述TiCl4罐與質(zhì)量流量計、二級混氣罐之間還設(shè)有球閥；11(:14罐還連接溫度控制表。
[0023]進一步，所述二級混氣罐與三級混氣罐之間的管道加熱帶上還設(shè)有溫度控制表。
[0024]進一步，所述臥式電阻爐外部設(shè)有多個質(zhì)量流量計；臥式電阻爐與尾氣吸收裝置連接的管道上還設(shè)有球閥。
[0025]進一步，所述二級混氣罐與三級混氣罐之間的管道為316L型Φ4內(nèi)徑不銹鋼管。
[0026]進一步，所述單管涂覆工件為不銹鋼管。
[0027]本發(fā)明的有益效果是實現(xiàn)長程(長度為0.6-lm)，微通道(l-4mm)內(nèi)壁，在800-850°C溫度范圍內(nèi)T12涂層的致密沉積，達到良好的抑制表面結(jié)焦積碳的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積涂覆裝置示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明實例I的沉積室設(shè)計圖；
[0030]圖3為本發(fā)明實例2的沉積室設(shè)計圖；
[0031]圖4為本發(fā)明實例I的掃描電子顯微照片和能量彌散X射線譜圖；
[0032]圖5為本發(fā)明實例2的掃描電子顯微照片和能量彌散X射線譜圖；
[0033]圖6為本發(fā)明實例I的800°C單管內(nèi)壁涂層厚度金相顯微鏡照片；
[0034]圖7為本發(fā)明實例2的850°C單管內(nèi)壁涂層厚度金相顯微鏡照片；
[0035]圖8為本發(fā)明實例I的裂解結(jié)焦實驗結(jié)果。
[0036]圖中，1.氣源罐，2.5A分子篩，3.變色硅膠，4.針型閥，5.質(zhì)量流量計，6.—級混氣罐，7.球閥，8.二級混氣罐，9.TiCl4罐，10.臥式電阻爐，11.三級混氣罐，12.變徑二通卡套，13.單管涂覆工件，14.混氣罐，15.尾氣吸收裝置，16.溫度控制表，17.加熱帶。

【具體實施方式】
[0037]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0038]本發(fā)明是針對現(xiàn)有化學(xué)氣相沉積技術(shù)不足而提供的一種新型的針對異形長程微通道內(nèi)壁的化學(xué)氣相沉積裝置及其沉積工藝，其特點是:為達到抑制表面結(jié)焦積碳的目的，采用化學(xué)氣相沉積方法和臥式爐裝置，在微小管道空間內(nèi)部，實現(xiàn)長程(長度為0.6-lm)，微通道(l-4mm)不銹鋼管內(nèi)壁，在800-850°C溫度條件下T12涂層的致密沉積。本發(fā)明的沉積原理:本發(fā)明的基本原理在于，利用高溫條件下發(fā)生如下的表面化學(xué)反應(yīng):
[0039]C02+H2 = C0+H20, TiCl4+2H20 = Ti02+4HC1。
[0040]實現(xiàn)在基體材料表面的T12涂層的化學(xué)氣相沉積。而為了實現(xiàn)異形長程微通道內(nèi)表面的沉積工藝，其中需要依次解決以下幾個方面的問題:
[0041]第一，由于針對的工件具有較長的長度要求，因此，需要氣相沉積反應(yīng)發(fā)生的距離較長，至少保證在Im以上，因此，本發(fā)明摒棄傳統(tǒng)的立式爐，采用臥式爐進行加熱，加熱爐恒溫區(qū)保證在Im以上，整個爐膛加熱區(qū)域長度為1.6m，整個爐體長度為2.2m。
[0042]第二，化學(xué)氣相沉積的沉積室條件，由于沉積工件一般為細長管件的內(nèi)壁涂覆，因此，摒棄了傳統(tǒng)的沉積室，因為在大的沉積空間中，將導(dǎo)致樣件的內(nèi)外表面均沉積上涂層；而對于內(nèi)壁的T12涂層的沉積，我們采用細長管自身的內(nèi)部空間作為沉積室，保證沉積的涂層僅在工件的內(nèi)壁上。
[0043]第三，反應(yīng)氣體系統(tǒng)的控制?；瘜W(xué)氣相沉積需要反應(yīng)氣體達到足夠純度和干燥度，因此對初始的反應(yīng)氣體采用兩級凈化系統(tǒng)；同時為了保證反應(yīng)氣體的混合均勻，目標(biāo)樣件為細長管件而加熱爐為臥式爐，因此，反應(yīng)氣體在進入反應(yīng)室之前采用三級混氣系統(tǒng)。
[0044]第四，反應(yīng)系統(tǒng)的密封控制，整個反應(yīng)器系統(tǒng)應(yīng)密封性良好，整體采用卡套式硬密封保證整個氣路系統(tǒng)的氣密性。
[0045]第五，溫度控制系統(tǒng)。整個反應(yīng)管道在進入沉積室之前，采用加熱帶加熱保溫，控制溫度在10(TC以上；整個爐溫系統(tǒng)通過，程序升溫控制柜進行控制，保證目標(biāo)溫度在800-850。。。
[0046]第六，氣體流量控制。為保證工藝的準確性和可重復(fù)性，整個氣體流量采用質(zhì)量流量計進行控制。
[0047]在以上各部分條件得到保證的基礎(chǔ)上，我們根據(jù)T12涂層的化學(xué)氣相沉積反應(yīng)，在細長管樣件的內(nèi)部均勻地通入反應(yīng)氣體，最終可實現(xiàn)T12涂層的內(nèi)壁氣相沉積。而涂層的質(zhì)量可以通過產(chǎn)品的厚度，元素分析和表面形貌等的檢測進行分析，而其抑制結(jié)焦性能可以通過高溫的結(jié)焦實驗進行驗證。
[0048]本發(fā)明的工藝實現(xiàn)，包含以下步驟:
[0049]I)樣件的預(yù)處理:
[0050]去污潰清洗，去除加工過程中的粉塵和微細雜質(zhì)；進行酸洗，去除內(nèi)壁的氧化膜和銹蝕產(chǎn)物；使用純凈度高的去離子水漂洗，去除表面殘渣；采用丙酮清洗除去油污和其它有機物質(zhì)。由于整個清洗過程主要針對不銹鋼罐內(nèi)壁，我們采用直接注入式反復(fù)清洗的清洗工藝,每種清洗可反復(fù)清洗3?4次，操作過程中需戴上棉質(zhì)手套。
[0051]經(jīng)丙酮清洗過后的不銹鋼管需經(jīng)過空氣泵吹掃5min，使內(nèi)壁殘留的丙酮加速揮發(fā)，除盡殘留的丙酮，放入烘箱中在80°C烘干備用。
[0052]2)涂層樣件的裝配:
[0053]將處理好的不銹鋼管樣件通過卡套式連接，與第三級混氣罐和尾端混氣罐體連接，檢查氣密性，在保證不漏氣的條件下，將整體放入加熱爐內(nèi)，將第三級混氣罐和第二級混氣罐通過卡套式硬密封進行連接，檢查氣密性。
[0054]3)升溫沉積工藝:
[0055]在未升溫前，通入N2/H2保護氣吹掃整個管路；然后根據(jù)設(shè)定爐溫的升溫程序，開啟加熱爐開關(guān)，進行升溫，整個升溫過程中，保持保護氣流量；溫度達到目標(biāo)溫度，如800°C，打開整個管路沿程加熱帶開關(guān)，直至達到目標(biāo)溫度；然后打開TiCI4W熱裝置，待TiCl4達到目標(biāo)溫度后，通入H2載氣，載入TiCl4蒸汽進入沉積室進行反應(yīng)。
[0056]沉積反應(yīng)達到預(yù)設(shè)時間后，關(guān)閉H2載氣和CO2氣源總閥，同時關(guān)閉TiCl4罐進出口閥門；保持H2保護氣的流量不變，待尾端無白色煙霧冒出約20min后，關(guān)閉所有加熱裝置開關(guān)。
[0057]4)樣件取出和質(zhì)量檢測。
[0058]加熱爐采用自然降溫，待溫度降為200°C以下，打開兩端連接卡套，取出沉積樣件，二級混氣罐后采用密封端頭封好，待下次拆用。對于沉積樣件進行SEM和EDS分析；采取包埋、切割、打磨并通過金相顯微鏡法測量涂層厚度；采用常壓裂解結(jié)焦實驗平臺檢驗涂層結(jié)焦抑制情況。
[0059]進行長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積涂覆的裝置如圖1所示，包括四個氣源罐1，氣源罐I分別依次通過管道連接5A分子篩2、變色硅膠3、針型閥4和質(zhì)量流量計5，5A分子篩2和變色硅膠3組成二級凈化裝置，氣源罐I中的氣體在通過時進行凈化，其中的三個質(zhì)量流量計5通過管道依次連接一級混氣罐6、球閥7、二級混氣罐8，另一個質(zhì)量流量計5通過管道連接TiCl4罐9，TiCl4罐9通過管道連接二級混氣罐8，二級混氣罐8通過管道連接置于臥式電阻爐10內(nèi)的三級混氣罐11，三級混氣罐11通過變徑二通卡套12連接多根單管涂覆工件13 —端，三級混氣罐11通過卡套方式與單管涂覆工件13即涂層樣件密封連接，多根單管涂覆工件13另一端通過變徑二通卡套12連接尾端混氣罐14，尾端混氣罐14通過管道連接臥式電阻爐10外部的尾氣吸收裝置15。
[0060]本發(fā)明裝置中，三級混氣灌11、單管涂覆工件13、混氣罐14組成沉積室。TiCl4罐9還連接溫度控制表16，二級混氣罐8及二級混氣罐8與球閥7、TiCl4罐9、三級混氣罐11之間的管道均置于加熱帶17內(nèi)，通過加熱帶加熱保溫。TiCl4罐9外帶加熱和溫控系統(tǒng)。TiCl4罐9與質(zhì)量流量計5、二級混氣罐8之間還設(shè)有球閥7。二級混氣罐8與三級混氣罐11之間的管道上還設(shè)有溫度控制表16。臥式電阻爐10外部設(shè)有多個質(zhì)量流量計5 ;臥式電阻爐10與尾氣吸收裝置15連接的管道上還設(shè)有球閥7。二級混氣罐8與三級混氣罐11之間的管道為316L型Φ4內(nèi)徑不銹鋼管。單管涂覆工件13為不銹鋼管。
[0061]本發(fā)明優(yōu)點有:利用傳統(tǒng)的化學(xué)氣相沉積思想，針對特殊的細長不銹鋼管件內(nèi)壁沉積T12的特殊要求和抑制結(jié)焦的目的，我們采用CO2與H2在合適溫度條件下，反應(yīng)緩慢生成H2O蒸汽的方法，在整個沉積管件的內(nèi)壁進行緩慢的化學(xué)氧化反應(yīng)，氧化載氫所帶入的TiCl4，生成致密均勻的T12涂層，采用臥式爐和卡套式連接硬密封的方法，解決了涂層樣件超長，微孔道和單內(nèi)壁沉積的問題。
[0062]下面列舉具體實施例對本發(fā)明進行說明:
[0063]實施例1:內(nèi)徑2mm，管長Im的304不銹鋼管，8根單管內(nèi)壁T12沉積工藝，溫度800°C，沉積室及連接方式如附圖2所示。
[0064]I)樣件的預(yù)處理:
[0065]去污潰清洗，去除加工過程中的粉塵和微細雜質(zhì)；進行酸洗，去除內(nèi)壁的氧化膜和銹蝕產(chǎn)物；使用純凈度更高的去離子水漂洗，去除表面殘渣；采用丙酮清洗除去油污和其它有機物質(zhì)。由于整個清洗過程主要針對不銹鋼罐內(nèi)壁，我們采用直接注入式反復(fù)清洗的清洗工藝，反復(fù)清洗3?4次，操作過程中需戴上棉質(zhì)手套。經(jīng)丙酮清洗過后的不銹鋼管需經(jīng)過空氣泵吹掃5min，使內(nèi)壁殘留的丙酮加速揮發(fā)，除盡殘留的丙酮，放入烘箱中在80°C烘干備用。
[0066]2)涂層樣件的裝配:將處理好的不銹鋼管通過卡套式連接，與第三級混氣罐和尾端混氣罐體連接，檢查氣密性，在保證不漏氣的條件下，將整體放入加熱爐內(nèi)，將第三級混氣罐和第二級混氣罐通過卡套式硬密封進行連接，檢查氣密性。
[0067]3)升溫沉積工藝:在未升溫前，首先通入N2/H2保護氣吹掃整個管路，其中氮氣和氫氣流量分別為800ml/min、400ml/min ;然后根據(jù)設(shè)定爐溫的升溫程序，開啟加熱爐開關(guān)，進行升溫，整個升溫過程中，保持保護氣流量；待溫度達到目標(biāo)溫度800°C，關(guān)閉氮氣流量，調(diào)節(jié)氫氣流量為800ml/min吹掃清除系統(tǒng)中殘余N2,并通入CO2，流量為25ml/min ;打開整個管路沿程加熱帶開關(guān)，直至管路溫度達到目標(biāo)溫度130°C，加熱帶保溫至沉積過程結(jié)束；最后打開TiCl4W熱裝置，待TiCl4達到目標(biāo)溫度35 °C后，通入H2載氣600ml/min，載入TiCl4蒸汽進入沉積室進行反應(yīng)。沉積反應(yīng)達到預(yù)設(shè)時間后，關(guān)閉H2載氣和CO2氣源總閥，待載氣排盡時，同時關(guān)閉TiCl4罐進出口閥門；保持H2保護氣的流量不變，待尾端無白色煙霧冒出約20min后，關(guān)閉所有加熱裝置開關(guān)，最后關(guān)閉尾端閥門。
[0068]4)樣件取出和質(zhì)量檢測。加熱爐采用自然降溫，待溫度降為200°C以下，打開兩端連接卡套，取出沉積樣件，二級混氣罐后采用密封端頭封好，待下次拆用。對于沉積樣件進行SEM和EDS分析其表面形貌和元素組成，如圖4所示為本發(fā)明實例I的掃描電子顯微照片和能量彌散X射線譜圖，其中SEM標(biāo)尺長度為20um ;谷物狀顆粒緊密堆積在樣品上，二氧化鈦為非化學(xué)計量比，鈦氧比接近1:2 ;采取包埋、切割、打磨并通過金相顯微鏡法測量厚度，如圖6所示為本發(fā)明實例I的800°C單管內(nèi)壁涂層厚度金相顯微鏡照片，涂層厚度平均約為 6.74um。
[0069]實施例2:內(nèi)徑2mm，管長Im不銹鋼管，4根單管內(nèi)壁T12沉積工藝，沉積溫度850°C，沉積室如附圖3所示。
[0070]I)樣件的預(yù)處理:
[0071]與實施例1相同。
[0072]2)涂層樣件的裝配:
[0073]與實施例1相同。
[0074]3)升溫沉積工藝:
[0075]在未升溫前，首先通入N2/H2保護氣吹掃整個管路，其中氮氣和氫氣流量分別為800ml/min、400ml/min;然后根據(jù)設(shè)定爐溫的升溫程序，開啟加熱爐開關(guān)，進行升溫，整個升溫過程中，保持保護氣流量；待溫度達到目標(biāo)溫度850°C，關(guān)閉氮氣流量，調(diào)節(jié)氫氣流量為200ml/min吹掃清除系統(tǒng)中殘余N2,并通入CO2，流量為12.5ml/min ;打開整個管路沿程加熱帶開關(guān)，直至管路溫度達到目標(biāo)溫度130°C，加熱帶保溫至沉積過程結(jié)束；最后打開TiCl4加熱裝置，待TiCl4達到目標(biāo)溫度35°C后，通入H2載氣300ml/min，載入TiCl4蒸汽進入沉積室進行反應(yīng)。沉積反應(yīng)達到預(yù)設(shè)時間后，關(guān)閉H2載氣和CO2氣源總閥，待載氣排盡時，同時關(guān)閉TiCl4罐進出口閥門；保持H2保護氣的流量不變，待尾端無白色煙霧冒出約20min后，關(guān)閉所有加熱裝置開關(guān)，最后關(guān)閉尾端閥門。
[0076]4)樣件取出和質(zhì)量檢測。加熱爐采用自然降溫，待溫度降為200°C以下，打開兩端連接卡套，取出沉積樣件，二級混氣罐后采用密封端頭封好，待下次拆用。對于沉積樣件進行SEM和EDS分析其表面形貌和元素組成，如圖5所示為本發(fā)明實例2的掃描電子顯微照片和能量彌散X射線譜圖，其中SEM標(biāo)尺長度為20um，谷物狀顆粒緊密連成一片涂覆在樣品上，二氧化鈦為非化學(xué)計量比，鈦氧比接近1:2 ;采取包埋、切割、打磨并通過金相顯微鏡法測量厚度，圖7為850°C單管內(nèi)壁涂層厚度金相顯微鏡照片，涂層厚度為Ilum以上，可見溫度的提升有利于提高化學(xué)反應(yīng)速率。采用常壓裂解結(jié)焦實驗平臺檢驗涂層結(jié)焦抑制情況，環(huán)己烷為原料，在770°C進行裂解結(jié)焦實驗，結(jié)果如圖8所示的裂解結(jié)焦實驗結(jié)果，可以看出二氧化鈦涂層管相對于空白304管有良好的抑焦效果。
[0077]以上所述僅是對本發(fā)明的較佳實施方式而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆方法，其特征在于按照以下步驟進行: 步驟1:單管涂覆工件即樣件的預(yù)處理: 對樣件去除加工過程中的粉塵和微細雜質(zhì)； 進行酸洗，去除內(nèi)壁的氧化膜和銹蝕產(chǎn)物； 使用純凈度高的去離子水漂洗，去除表面殘渣； 采用丙酮清洗除去油污和其它有機物質(zhì)；空氣泵吹掃5min，使內(nèi)壁殘留的丙酮加速揮發(fā)，除盡殘留的丙酮，放入烘箱中在80°C烘干備用； 步驟2:涂層樣件的裝配: 樣件將第三級混氣罐和尾端混氣罐體連接，檢查氣密性，在保證不漏氣的條件下，整體放入加熱爐內(nèi)，將第三級混氣罐和第二級混氣罐通過卡套式硬密封進行連接,檢查氣密性； 步驟3:升溫沉積工藝: 在未升溫前，通入N2/H2保護氣吹掃整個管路，然后根據(jù)設(shè)定爐溫的升溫程序，開啟加熱爐開關(guān)，進行升溫，整個升溫過程中，溫度達到800°C，打開整個管路沿程加熱帶開關(guān)，直至達到目標(biāo)溫度，然后打開TiCl4加熱裝置，待TiCl4達到目標(biāo)溫度后，通入H2載氣，載入TiCl4蒸汽進入沉積室進行反應(yīng)，沉積反應(yīng)達到預(yù)設(shè)時間后，關(guān)閉H2載氣和CO2氣源總閥，待載氣排盡時，同時關(guān)閉TiCl4罐進出口閥門，保持H2保護氣的流量不變，待尾端無白色煙霧冒出20min后，關(guān)閉所有加熱裝置開關(guān)； 步驟4:樣件取出: 加熱爐采用自然降溫，待溫度降為200°C以下，打開兩端連接卡套，取出沉積樣件。
2.長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆設(shè)備，其特征在于:包括四個氣源罐(1)，氣源罐(I)分別依次通過管道連接5A分子篩(2)、變色硅膠(3)、針型閥(4)和質(zhì)量流量計(5)，其中的三個質(zhì)量流量計(5)通過管道依次連接一級混氣罐￠)、球閥(7)、二級混氣罐(8)，另一個質(zhì)量流量計(5)通過管道連接TiCl4罐(9) ,TiCl4罐(9)通過管道連接二級混氣罐(8)，二級混氣罐(8)通過管道連接置于臥式電阻爐(10)內(nèi)的三級混氣罐(11)，三級混氣罐(11)通過變徑二通卡套(12)連接多根單管涂覆工件(13) —端，多根單管涂覆工件(13)另一端通過變徑二通卡套(12)連接尾端混氣罐(14)，尾端混氣罐(14)通過管道連接臥式電阻爐(10)外部的尾氣吸收裝置(15)。
3.按照權(quán)利要求2所述長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆設(shè)備，其特征在于:所述二級混氣罐(8)及二級混氣罐(8)與球閥(7)、11(:14罐(9)、三級混氣罐(11)之間的管道均置于加熱帶(17)內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求2所述長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆設(shè)備，其特征在于:所述TiCl4罐(9)與質(zhì)量流量計(5)、二級混氣罐(8)之間還設(shè)有球閥(7) ；TiCl4罐(9)還連接溫度控制表(16)。
5.按照權(quán)利要求2所述長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆設(shè)備，其特征在于:所述二級混氣罐(8)與三級混氣罐(11)之間的管道上還設(shè)有質(zhì)量流量計(5)。
6.按照權(quán)利要求2所述長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆設(shè)備，其特征在于:所述臥式電阻爐(10)外部設(shè)有多個質(zhì)量流量計(5);臥式電阻爐(10)與尾氣吸收裝置(15)連接的管道上還設(shè)有球閥(7)。
7.按照權(quán)利要求2所述長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆設(shè)備，其特征在于:所述二級混氣罐(8)與三級混氣罐(11)之間的管道為316L型Φ4內(nèi)徑不銹鋼管。
8.按照權(quán)利要求2所述長程微通道內(nèi)壁T12涂層化學(xué)氣相沉積裝置及涂覆設(shè)備，其特征在于:所述單管涂覆工件(13)為不銹鋼管。
【文檔編號】C23C16/40GK104264126SQ201410475432
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】李象遠, 朱權(quán), 王健禮 申請人:四川大學(xué)