Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Технология нанесения покрытия методом ХТР

Читайте также:
  1. Lt;variant>политика, технология, общество, структура
  2. Алгоритм тестирования НГМД методом записи-чтения со сравнением.
  3. Аналіз ряду динаміки методом вирівнювання за середнім абсолютним приростом
  4. Барабанная технология
  5. Биосфераны қорғаудағы биотехнологияның рөлі
  6. Бюджетирование как технология финансового управления.
  7. Бюджетный дефицит и методы его покрытия. Государственный долг.
  8. В дорожной одежде, состоящей из покрытия и основания, различают следующие слои.
  9. Вопрос 54: Технология изучения и подготовки юридических документов.
  10. Временная остановка кровотечения методом наложения кровоостанавливающего жгута Эсмарха

 

Типовой технологический процесс осаждения покрытия методом ХТР включает последовательное проведение следующих основных этапов:

1) подготовка реагентов, технологических смесей. Проводится путем испарения химических соединений, смешением образовавшихся паров с газом-носителем и прогревом образовавшейся смеси до необходимой температуры. Данная стадия относится к числу наиболее ответственных, оказывающих значительное влияние на свойства формируемых покрытий;

2) подвод реакционной смеси к поверхности нагретой детали и проведение химической реакции осаждения покрытия;

3) улавливание и переработка продуктов реакции.

В результате протекания реакции диссоциации или восстановления галогенидов металлов образуются активные химические соединения (HF, HCl и другие). В составе летучих продуктов могут содержаться также пары непрореагировавших веществ.

Наиболее важной стадией процесса, как уже отмечалось, является подготовка реакционной смеси. В качестве транспортирующего газа используют инертные газы: He, Ar, N2. Технологические газы не должны содержать кислород, поэтому проводят их тщательную предварительную очистку. Для этого газ пропускают через медные опилки, стружку, нагретые до температуры 600…700 0С. В последнее время с целью удаления кислорода используют хромоникелевые, платиновые, палладиевые фильтры, которые позволяют снизить содержание кислорода до 10-8 %. Очень важна также очистка транспортирующего газа от соединений углерода СО и СО2. Для их удаления газ пропускают через активированный уголь, который охлаждается до 77 К.

Высокие требования предъявляют к химическим соединениям, которые используются для нанесения покрытий. Для покрытий молибдена, вольфрама, ниобия, тантала используются, в основном, галогениды и корбонилы этих металлов. Эти соединения имеют температуру испарения ниже 300 0С и способны восстанавливаться водородом или же диссоциировать при Т=400…1000 0С. При этом давление паров может изменяться в широком диапазоне. Это позволяет соответственно изменять скорость нанесения покрытий.

Использование химически активных соединений и образующихся продуктов их реакций определяет высокие требования и к конструкционным материалам, которые применяются при изготовлении реактора. Они должны быть химически инертны или почти инертны по отношению к продуктам реакции. Известно, например, что пары фтористой кислоты HF, которые образуются в целом ряде технологических процессов, хорошо взаимодействуют со стеклом, алюминием, оловом, резиной и плохо взаимодействуют с легированной сталью, медью и фторопластом.

Нагрев детали до температуры Т=400…1200 0С осуществляется с помощью различного рода нагревателей. Часто для этих целей используют ВЧ-индукторы, лазеры и т.д.

Газовая смесь, которая поступает из реакционной камеры, содержит продукты реакции и очень часто исходные компоненты технологической смеси. Эта смесь в обязательном порядке подвергается очистке и нейтрализации химическими соединениями. Непрореагировавшие вещества отделяют пропусканием смеси через высокотемпературный реактор, в котором происходит полное восстановление или разложение этих веществ. Если используют карбонильные соединения металлов, то их удаляют пропусканием через угольные фильтры при температуре 77 К.

Важной задачей, решение которой гарантирует воспроизводимость процесса нанесения покрытий, является контроль технологических параметров. К основным контролируемым параметрам относят: температуру поверхности детали; давление в камере; скорость перемещения паров относительно подложки; концентрация исходных компонентов; температура нагрева газового потока.

Наиболее распространен процесс нанесения покрытий вольфрама путем восстановления водородом гексафторида вольфрама. Процесс протекает в соответствии с реакцией

WF6 + 3H2 ® W↓ + 6HF↑.

 

Гексафторид вольфрама WF6 переходит в газовую фазу при Т=17 0С. Процесс нанесения покрытия протекает в интервале температур 480…1000 0С. Скорость осаждения зависит от температуры детали, скорости движения реакционной смеси, соотношения концентраций WF6 и водорода. При оптимальных режимах осаждения скорость роста покрытия – v = 1 мм/час. При этом соотношение концентраций водорода к WF6 в газовом потоке должно составлять 10…50.

Обычно на поверхности детали формируют покрытия, имеющие толщину 6…8 мм. Методом ХТР изготовляют тонкостенные вольфрамовые детали сложной формы. В этом случае формирование покрытия осуществляется на формообразующей поверхности, содержащей антиадгезионное покрытие. Изделие получают путем последующего отслаивания вольфрамового покрытия от основы.

Очень существенное влияние на структуру и свойства покрытий оказывают технологические режимы нанесения. При высокой температуре осаждения и концентрации WF6 на поверхности подложки образуются осадки в виде отдельных, больших по размеру кристаллов, которые трудно срастаются между собой. Качество таких покрытий невысокое. При оптимальных режимах нанесения покрытия в граничных с поверхностью слоях, как уже отмечалось, имеют столбчатую структуру, ориентированную нормально относительно поверхности подложки.

Основным методом изменения структуры покрытий в процессе их роста является введение в состав технологической смеси различного рода добавок. Очень часто в смесь вводят пары H2О или СО2 – эти вещества способствуют увеличению скорости роста пленки и формированию более дисперсной структуры. Покрытия, осажденные при таких условиях, более однородны, обладают хорошими механическими свойствами. Плотность вольфрамовых покрытий очень сильно зависит от температуры детали. В интервале температур 600…700 0С наблюдается резкое снижение плотности материала покрытия, при дальнейшем повышении температуры поверхности плотность покрытия возрастает.

В покрытиях вольфрама, как правило, возникают достаточно высокие механические напряжения. При этом их значение практически не зависит от материала подложки и обусловлено, в основном, условиями осаждения. Снижение внутренних напряжений обеспечивается использованием оптимальных режимов нанесения покрытий и путем дополнительной его термообработки. Термообработку осуществляют в вакууме или, еще лучше, в среде водорода. В последнем случае полнее распадается WF6, следы которого могут оставаться в покрытии.

Вольфрамовые покрытия, полученные методом ХТР, характеризуются высокой дефектностью. Именно по этой причине их механические свойства хуже свойств покрытий, полученных методами порошковой металлургии.

На практике для получения покрытий вольфрама используют также реакции восстановления гексахлорида вольфрама:

WCl6 + 3Н2 ® W ↓+ 6НСl↑.

 

Испарение WCl6 осуществляют при T = 336 0C, скорость осаждения v = 2…10 мкм/мин. Оптимальная температура поверхности детали составляет 1000…1500 0С, оптимальное соотношение концентраций H2 и WCl6 ~ 10.

Практический интерес при получении покрытий вольфрама представляют реакции диссоциации:

WCl6 ® W↓ + 3Cl2↑;

W(CO)6 ® W ↓+ 6СО↑.

 

Температура детали, на поверхности которой осаждаются покрытия, не должна превышать 600…700 0С. В качестве газа-носителя используют водород, скорость роста покрытий v ~ 1 мм/час.

Отметим, что рассмотренный технологический процесс является в определенной степени характерным для всех известных процессов нанесения покрытий методом ХТР. Так, например, нанесение покрытий из молибдена осуществляется аналогично процессу нанесения покрытий вольфрама. В этом случае в качестве исходного вещества используют хлорид молибдена MoCl5, испарение которого осуществляют при температуре 270 0С. Покрытие получают в результате его восстановления водородом:

2MoCl5 + 5H2 ® 2Mo¯ + 10HCl­

 

Температура поверхности детали 800…11000С, скорость осаждения ~0,5 мм/ч. После формирования покрытие подвергается отжигу в среде водорода, который обеспечивает полное восстановление исходных компонентов, остающихся в покрытии.

В последнее время метод ХТР широко используется для получения покрытий сплавов тугоплавких металлов типа WMo, WNb.

Методом ХТР наносят покрытия сложного химического состава, например, нитридов и карбидов титана, циркония, оксида алюминия. В этом случае состав технологической смеси вводят соответственно азот, углерод или кислородсодержащие газы. Основным недостатком данной технологии является то, что деталь надо нагревать до Т = 10000С и выше, поэтому такие покрытия формируют, как правило, на поверхности твердосплавных пластин, керамических соединений, резцов.

список Рекомендуемой Литературы

 

1. Кристаллизация тугоплавких металлов из газовой фазы/ Иванов В. Е., Нечипоренко В. М., Сагалович В. В. –М.: Атомиздат, 1974. – 264 с.

2. Шеффер Г. Химические транспортные реакции. –М.:Мир, 1964. – 189 с.

3. Научно-технический прогресс в машиностроении. Современные методы упрочнения поверхностей деталей машин/Под ред. Фролова К.В. –М.: Институт машиноведения АН СССР, 1989. – 286 С.

 

 




Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 37 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.007 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав