Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Общая характеристика процесса

Читайте также:
  1. A. ненормальный ход родового процесса, родо­вые травмы
  2. a. Общая итоговая оценка воздействия
  3. Amp;Сравнительная характеристика различных методов оценки стоимости
  4. D. как завершающий этап сукцессионного процесса
  5. I. Доказывание, понятие и общая характеристика
  6. I. Общая информация
  7. I. Общая информация
  8. I. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ. ВВЕДЕНИЕ.
  9. I. Определение эпидемического процесса и методологическое обоснование разделов учения об эпидемическом процессе.
  10. I. Определение эпидемического процесса и методологическое обоснование разделов учения об эпидемическом процессе.

 

Методом химических транспортных реакций (ХТР) осаждают покрытия вольфрама, молибдена, ниобия и других тугоплавких металлов, которые получить другими методами невозможно или очень трудно. Данные металлы имеют ОЦК решетку, высокую энергию межатомных связей и, как следствие, обладают высокой твердостью, прочностью, температурой плавления, хорошо проводят тепло и электрический ток.

Суть метода ХТР заключается в следующем. В качестве исходного материала используются легколетучие химические соединения, например, галогениды металлов. Эти соединения испаряются, переносятся через газовую фазу, осаждаются на поверхности с последующим восстановлением или же разложением при температуре значительно ниже температуры плавления металла (при 100…700 0С). В результате на поверхности выделяется твердое веществ (металл), которое и образует покрытие. Схема процесса представлена на рисунке 1.

 

Рисунок 1–Схема осаждения покрытия методом ХТР в замкнутом реакторе

 

При температуре Т1 происходит испарение летучих химических соединений MeГn. Деталь, на которую наносится покрытие, имеет температуру Т2. Образование твердого осадка (покрытия) происходит в результате протекания одной из следующих основных реакций.

1. Реакция диспропорционирования, т. е. реакция смены валентности металла (с n на m):

n/mМеГn (пар) ®(n/m-1) Ме (тв. сост.) ¯+ МеГm (газ) ­.

Здесь Ме – металл; Г–галоген.

2. Реакция термической диссоциации:

МеГn (пар) ® Ме (тв.)¯ + nГ(газ)­.

3. Реакция восстановления соединений металла водородом:

МеГn (газ) + n/2H2 ® Me(тв.)¯ + nHГ(газ) ­.

Иногда используют одновременно протекающие реакции, например, диссоциации и восстановления. В результате использования таких процессов удается значительно снизить температурный режим осаждения покрытия по сравнению с другими методами формирования, например, методом резистивного испарения.

С физической точки зрения, основные процессы, протекающие при реализации метода ХТР, такие же, как и при получении покрытий методом испарения.

В формировании покрытий методом ХТР можно выделить следующие основные стадии:

1. Подготовка технологического вещества (перевод его в газовую фазу, очистка и т.д.).

2. Подача газообразных, реагирующих компонентов к поверхности.

3. Адсорбция газообразных соединений.

4. Протекание реакций на поверхности.

5. Десорбция газообразных продуктов реакции.

В последнее время нанесение покрытий методом ХТР осуществляется преимущественно в прямоточных реакторах, в которых размещают нагретую до температуры Т2 деталь и к ее поверхности подают пары химических соединений и газ-носитель (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема осаждения покрытия методом ХТР в прямоточном реакторе

 

При данной схеме осаждения происходит непрерывное удаление продуктов реакции из зона осаждения, что способствует повышению качества формирующегося покрытия.

В общем случае толщина покрытия, скорость его роста зависят от значения температуры Т2, общего давления в системе и парциального давления химических соединений, скорости продува реактора.

Характер и направление химических реакций определяются изменением свободной энергии Гиббса. Повышение температуры реакции эндотермических реакций приводит к увеличению константы равновесия и, соответственно, к увеличению выхода продуктов реакции.

Реакции осаждения покрытия могут протекать как в кинетическом, так и в диффузионном режимах. При реализации кинетического режима выход продукта определяется скоростью протекания химических процессов, зависит от энергии активации соответствующей химической реакции. При диффузионном режиме скорость реакции определяется скоростью подвода реагирующих компонентов.

При низких температурах Т2 реакция выделения металла на поверхности детали протекает преимущественно в кинетическом режиме (концентрация исходных компонент существенно не влияет на скорость роста покрытия), и образующиеся слои имеют мелкозернистую структуру. При повышении температуры скорость реакции возрастает и, соответственно, возрастает скорость роста покрытия; при этом образуются слои с крупнозернистой структурой (реализуется диффузионный режим: скорость роста пленки сильно зависит от скорости подачи газообразных продуктов к поверхности подложки и десорбции продуктов реакции с подложки). Дальнейшее повышение температуры приводит к тому, что реакция выделения металла протекает не только на поверхности подложки (детали), но и в объеме, т. е. осуществляется гомогенный режим химической реакции. В этом случае уменьшается скорость роста покрытия, наблюдаются нежелательные потери металла. Таким образом, температура поверхности оказывает экстремальное влияние на скорость роста покрытий, определяет их структурное состояние.

К числу основных параметров, влияющих на скорость роста покрытия, следует отнести скорость подачи продуктов реакции. При повышении скорости подачи у поверхности подложки повышается давление паров, что вызывает увеличение плотности зародышей. В свою очередь это определяет образование сплошного слоя при его меньшей эффективной толщине. При этом формируются покрытия с более дисперсной структурой.

Существенное влияние на структуру и скорость роста покрытий оказывают адсорбированные на подложке газовые слои, которые изменяют значение энергии адсорбции, условия зародышеобразования и диффузию выделяющихся атомов металла. В ряде случаев наблюдается химическое взаимодействие атомов металла с атомами адсорбированных слоев.

Свойства и структура покрытий зависят и от их толщины. Как правило, в слоях, непосредственно прилегающих к поверхности подложки, наблюдается образование и рост ориентированных структур, в процессе роста покрытия ориентация кристаллических образований становится менее выраженной.

Очень важной проблемой при нанесении покрытий методом ХТР является обеспечение необходимой прочности адгезионного соединения. С целью ее повышения, снижения внутренних механических напряжений при осаждении покрытий методом ХТР используют следующие технологические приемы.

1. Проводят тщательную многостадийную предварительную подготовку поверхности. На первом этапе осуществляют механическую очистку поверхности. Затем с целью удаления оксидных слоев проводят химическое и электрохимическое травление. В ряде случаев высокая адгезия достигается при применении ионной обработки, УЗ-очистки и других методов поверхностной обработки.

Наиболее эффективным методом удаления оксидов, гидрооксидов является восстановление металлов в результате прогрева детали в среде сухого водорода.

2. Формируют промежуточные адгезионно-активные слои. Промежуточные слои имеют отличную от материала основы природу и могут быть образованы в результате сегрегации (диффузии отдельных компонент сплава из объема на поверхность при нагреве или ионной обработке).

4. Осуществляют термообработку покрытия. При нагреве интенсифицируются диффузионные процессы, в итоге образуются переходные слои, которые способствуют повышению адгезионной прочности. При этом надо учитывать, что при определенных условиях возможно образование хрупкой интерметаллической фазы. С целью предотвращения образования этой фазы на поверхность детали наносят антидиффузионный промежуточный слой толщиной 1…5 мкм, например, из оксидов, силицидов тугоплавких металлов.

 




Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 30 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав




lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав