使用热浸镀硅法制备Si-WSi2涂层

研究人员通过热浸镀硅法（HDS）在钨基材上制备Si-WSi₂涂层。HDS是在高温下，将固体渗源放入坩埚中，加热至完全熔化，并保持一定时间的温度。然后将加工好的样品慢慢放入坩埚中，通过基材和熔体之间的相互渗透在基材表面形成涂层。这种方法被认为是一种经济有效的涂层制备方法，它具有制备时间短、沉积温度高、涂层成分均匀、表面光滑、结构紧凑等特点。

研究人员通过HDS技术在钨基材上制备的Si-WSi₂涂层随着沉积时间的增加，WSi₂的晶粒尺寸逐渐增加。当沉积时间为25分钟时，涂层表面的Si浓度迅速增加。EDS结果显示，Si含量高达34.90 wt %。这主要是由于晶界尺寸的增加限制了硅液的流动，少量的硅附着在晶界上，导致涂层表面的硅浓度增加。

此外，没有观察到裂缝、孔洞或其他缺陷，涂层和W基材之间实现了良好的冶金结合。可以看出，硅化物涂层主要由WSi₂层和W₅Si₃层组成。WSi₂层的厚度随着沉积时间的增加而增加，相应的WSi₂层分别为12、36、62和115 μm。

Zhang等研究人员也研究了沉积温度对涂层表面质量的影响，涂层表面具有颗粒状结构和纳米级的粗糙度，大部分区域的垂直高度很低，都低于500 nm。当沉积温度为1470-1530℃时，涂层表面非常光滑。涂层的Ra只有82.1-115.6 nm，Rq分别为109.1、140.3和111.2 nm。此外，在WSi₂晶粒上观察到一些直径为2-4 µm的针状颗粒结构。

然而，当温度上升到1560℃时，涂层的Ra迅速上升到564.3nm，颗粒结构的平均晶粒尺寸约为15 μm。这表明，随着沉积温度的升高，较大的晶粒更容易在涂层表面形成，这将导致WSi₂晶粒的垂直高度增加，涂层表面的Ra也随之增加。但是，HDS涂层的氧化行为还没有报道，这需要相关学者进一步研究。

参考来源: 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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