使用熱浸鍍矽法製備Si-WSi2塗層

研究人員通過熱浸鍍矽法（HDS）在鎢基材上製備Si-WSi₂塗層。HDS是在高溫下，將固體滲源放入坩堝中，加熱至完全熔化，並保持一定時間的溫度。然後將加工好的樣品慢慢放入坩堝中，通過基材和熔體之間的相互滲透在基材表面形成塗層。這種方法被認為是一種經濟有效的塗層製備方法，它具有製備時間短、沉積溫度高、塗層成分均勻、表面光滑、結構緊湊等特點。

研究人員通過HDS技術在鎢基材上製備的Si-WSi₂塗層隨著沉積時間的增加，WSi₂的晶粒尺寸逐漸增加。當沉積時間為25分鐘時，塗層表面的Si濃度迅速增加。EDS結果顯示，Si含量高達34.90 wt %。這主要是由於晶界尺寸的增加限制了矽液的流動，少量的矽附著在晶界上，導致塗層表面的矽濃度增加。

此外，沒有觀察到裂縫、孔洞或其他缺陷，塗層和W基材之間實現了良好的冶金結合。可以看出，矽化物塗層主要由WSi₂層和W₅Si₃層組成。WSi₂層的厚度隨著沉積時間的增加而增加，相應的WSi₂層分別為12、36、62和115 μm。

Zhang等研究人員也研究了沉積溫度對塗層表面品質的影響，塗層表面具有顆粒狀結構和納米級的粗糙度，大部分區域的垂直高度很低，都低於500 nm。當沉積溫度為1470-1530℃時，塗層表面非常光滑。塗層的Ra只有82.1-115.6 nm，Rq分別為109.1、140.3和111.2 nm。此外，在WSi₂晶粒上觀察到一些直徑為2-4 µm的針狀顆粒結構。

然而，當溫度上升到1560℃時，塗層的Ra迅速上升到564.3nm，顆粒結構的平均晶粒尺寸約為15 μm。這表明，隨著沉積溫度的升高，較大的晶粒更容易在塗層表面形成，這將導致WSi₂晶粒的垂直高度增加，塗層表面的Ra也隨之增加。但是，HDS塗層的氧化行為還沒有報導，這需要相關學者進一步研究。

參考來源: Fu T, Cui K, Zhang Y, et al. Oxidation protection of tungsten alloys for nuclear fusion applications: A comprehensive review[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 884: 161057.

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