气相沉积技术制备 6.5wt% Si 高硅钢

实验研究得，随着Si含量的增加，电工钢的电阻率急剧增大，涡流损耗减小，铁损降低。当Si含量达到6.5%(质量分数，下同)时，综合磁性能达到最佳，最适合用来制造低损耗、低噪音的高速电机、变压器和磁屏蔽等。然而，由于6.5%Si高硅钢在室温下极易形成有序结构、晶界氧化且易发生时效，其伸长率仅有0.2%，脆性极高，很难采用传统轧制工艺进行生产，其生产和应用受到极大制约。为解决这一难题，人们通过大量试验和尝试，发明了许多新工艺和新方法。

1988年，日本JFE公司利用轧制工艺成功制备出厚0.1～0.5mm、最大宽度400mm无取向6.5%高硅钢，并进行了工业化生产。除此之外，各类气相沉积技术也被用来制备高硅钢，如化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)和等离子体化学气相沉积法(PCVD)等。其中，CVD技术在制备6.5%Si高硅钢上是最为成功的，JFE公司采用CVD技术率先建立了世界上第一条6.5%Si高硅钢连续生产线。气相沉积技术经过几十年的发展，目前在制备耐磨、耐热、耐腐蚀硬质涂层及其它方面已取得巨大的成功。

化学气相沉积(CVD)是一种化学气相反应生长法。CVD法制备高硅钢的工艺为：将用普通轧制法生产的3.0%Si硅钢带置于无氧气氛中加热到一定温度，通入SiCl4气体，在钢带表面发生化学反应：

SiC14+5Fe→Fe3Si+2FeCl2

反应生成的Fe3Si沉积在钢板表面热分解成活性Si原子，将其置于惰性气氛对钢带进行平整轧制以消除Si沉积后的不平度，再对其进行高温保温，表面富硅层中的Si原子向内部中心扩散，钢带中的Si含量达到6.5%。

物理气相沉积(PVD)是一种物理气相反应生长法，分为真空蒸发镀、离子镀、溅射镀。相对于CVD法，PVD过程发生在真空条件下，其沉积层纯度高、无有害气体排出，属于无污染技术。

等离子体化学气相沉积法(PCVD)技术是作为CVD和PVD技术补充而发展起来的，此技术沉积温度低于600℃，拓宽了基体材料的适用范围，而且绕镀性能好、涂层均匀。其制备高硅钢的基本原理是渗Si源气体在一定气压和高压电场的作用下，产生辉光放电，被解离成含有Si4+的等离子体沉积在基体表面形成FeSi化合物，再经过高温扩散退火，使平均Si含量达到6.5%。

高硅钢优异的电磁性能在工业化生产中有着广泛的应用，进一步优化气相沉积法的工艺参数等，使高硅钢的生产和应用尽早、尽快走向工业化和商业化，必将产生巨大的经济效益和社会效益。