韩前武，李国栋

CH3SiCl3-H2-Ar化学气相沉积SiC简化反应模拟

韩前武，李国栋

(中南大学 轻质高强结构材料国家重点实验室，长沙 410083)

为了生产大面积、均匀的SiC涂层，需要对反应室内不同位置的沉积速率变化规律进行研究。将CH3SiCl3- H2-Ar体系化学气相沉积SiC过程简化为气相裂解、表面沉积两步，建立反应室二维反应−输运模型；利用计算流体力学(computational fluid dynamics，CFD)软件分析气流量、温度和压力对炉内垂直高度方向上沉积速率的影响。结果表明：不同气流量下，因气流滞留时间不同，沉积分布呈现不同的趋势，适中流量时沉积厚度均匀性较好，沉积速率较高；提高温度能改善高流速下沉积的不均匀性；流量一定，压力过高会引起自然对流漩涡。对比计算结果与相关实验数据，该两步简化模型可以反映不同条件下反应物的消耗和涂层的均匀性。

化学气相沉积；SiC涂层；均匀性；数值模拟；反应动力学

碳化硅(SiC)以其高比强度、高比模量、高热导率、低热膨胀系数以及高温下优异的抗氧化、抗热振和热稳定等特性，在国防、航天有着广泛的应用。化学气相沉积(chemical vapor deposition, CVD)工艺被广泛用于制备SiC涂层。在CVD反应器中，SiC沉积速率取决于温度、压力、反应物比、气体流量[1−3]和反应器结构等[4]工艺参数。同时，沉积速率也随反应室空间位置变化而发生变化[5−7]，这些因素之间的协同作用影响反应器内的化学反应和质量输运过程，并最终决定沉积速率和均匀性。了解化学气相沉积过程中的物理化学机制，分析气相输运及表面反应对沉积的影响，从而预测SiC沉积速率分布等规律，对制备大面积均匀涂层，显得非常重要。……