氣相沉積技術(shù)制備 6.5wt% Si 高硅鋼

實(shí)驗(yàn)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(dāng)Si含量達(dá)到6.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)時(shí)，綜合磁性能達(dá)到最佳，最適合用來(lái)制造低損耗、低噪音的高速電機(jī)、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(jié)構(gòu)、晶界氧化且易發(fā)生時(shí)效，其伸長(zhǎng)率僅有0.2%，脆性極高，很難采用傳統(tǒng)軋制工藝進(jìn)行生產(chǎn)，其生產(chǎn)和應(yīng)用受到極大制約。為解決這一難題，人們通過(guò)大量試驗(yàn)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(wú)取向6.5%高硅鋼，并進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。除此之外，各類氣相沉積技術(shù)也被用來(lái)制備高硅鋼，如化學(xué)氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)和等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)等。其中，CVD技術(shù)在制備6.5%Si高硅鋼上是最為成功的，JFE公司采用CVD技術(shù)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(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前在制備耐磨、耐熱、耐腐蝕硬質(zhì)涂層及其它方面已取得巨大的成功。

化學(xué)氣相沉積(CVD)是一種化學(xué)氣相反應(yīng)生長(zhǎng)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(wú)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(xué)反應(yīng)：

SiC14+5Fe→Fe3Si+2FeCl2

反應(yīng)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(duì)鋼帶進(jìn)行平整軋制以消除Si沉積后的不平度，再對(duì)其進(jìn)行高溫保溫，表面富硅層中的Si原子向內(nèi)部中心擴(kuò)散，鋼帶中的Si含量達(dá)到6.5%。

物理氣相沉積(PVD)是一種物理氣相反應(yīng)生長(zhǎng)法，分為真空蒸發(fā)鍍、離子鍍、濺射鍍。相對(duì)于CVD法，PVD過(guò)程發(fā)生在真空條件下，其沉積層純度高、無(wú)有害氣體排出，屬于無(wú)污染技術(shù)。

等離子體化學(xué)氣相沉積法(PCVD)技術(shù)是作為CVD和PVD技術(shù)補(bǔ)充而發(fā)展起來(lái)的，此技術(shù)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(chǎng)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(guò)高溫?cái)U(kuò)散退火，使平均Si含量達(dá)到6.5%。