氣相沉積技術制備 6.5wt% Si 高硅鋼

實驗研究得，隨著Si含量的增加，電工鋼的電阻率急劇增大，渦流損耗減小，鐵損降低。當Si含量達到6.5%(質量分數(shù)，下同)時，綜合磁性能達到最佳，最適合用來制造低損耗、低噪音的高速電機、變壓器和磁屏蔽等。然而，由于6.5%Si高硅鋼在室溫下極易形成有序結構、晶界氧化且易發(fā)生時效，其伸長率僅有0.2%，脆性極高，很難采用傳統(tǒng)軋制工藝進行生產(chǎn)，其生產(chǎn)和應用受到極大制約。為解決這一難題，人們通過大量試驗和嘗試，發(fā)明了許多新工藝和新方法。

1988年，日本JFE公司利用軋制工藝成功制備出厚0.1～0.5mm、最大寬度400mm無取向6.5%高硅鋼，并進行了工業(yè)化生產(chǎn)。除此之外，各類氣相沉積技術也被用來制備高硅鋼，如化學氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)和等離子體化學氣相沉積法(PCVD)等。其中，CVD技術在制備6.5%Si高硅鋼上是最為成功的，JFE公司采用CVD技術率先建立了世界上第一條6.5%Si高硅鋼連續(xù)生產(chǎn)線。氣相沉積技術經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前在制備耐磨、耐熱、耐腐蝕硬質涂層及其它方面已取得巨大的成功。

化學氣相沉積(CVD)是一種化學氣相反應生長法。CVD法制備高硅鋼的工藝為：將用普通軋制法生產(chǎn)的3.0%Si硅鋼帶置于無氧氣氛中加熱到一定溫度，通入SiCl4氣體，在鋼帶表面發(fā)生化學反應：

SiC14+5Fe→Fe3Si+2FeCl2

反應生成的Fe3Si沉積在鋼板表面熱分解成活性Si原子，將其置于惰性氣氛對鋼帶進行平整軋制以消除Si沉積后的不平度，再對其進行高溫保溫，表面富硅層中的Si原子向內(nèi)部中心擴散，鋼帶中的Si含量達到6.5%。

物理氣相沉積(PVD)是一種物理氣相反應生長法，分為真空蒸發(fā)鍍、離子鍍、濺射鍍。相對于CVD法，PVD過程發(fā)生在真空條件下，其沉積層純度高、無有害氣體排出，屬于無污染技術。

等離子體化學氣相沉積法(PCVD)技術是作為CVD和PVD技術補充而發(fā)展起來的，此技術沉積溫度低于600℃，拓寬了基體材料的適用范圍，而且繞鍍性能好、涂層均勻。其制備高硅鋼的基本原理是滲Si源氣體在一定氣壓和高壓電場的作用下，產(chǎn)生輝光放電，被解離成含有Si4+的等離子體沉積在基體表面形成FeSi化合物，再經(jīng)過高溫擴散退火，使平均Si含量達到6.5%。