РЕАГИРУЮЩИЙ С ВОДОЙ Al КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ, РЕАГИРУЮЩАЯ С ВОДОЙ Al ПЛЕНКА, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДАННОЙ Al ПЛЕНКИ И СОСТАВЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕЙ КАМЕРЫ Российский патент 2012 года по МПК C23C4/06 C22C21/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к реагирующему с водой Al композитному материалу, реагирующей с водой Al пленке, способу получения данной Al пленки и составляющему элементу для пленкообразующей камеры и, в частности, реагирующему с водой Al композитному материалу, содержащему добавленный In и добавленный Si; реагирующей с водой Al пленке, состоящей, по существу, из этого реагирующего с водой Al композитного материала; способу получения этой Al пленки; и составляющему элементу для пленкообразующей камеры, который покрыт этой Al пленкой.

Уровень техники

В устройстве образования пленки для образования тонкой пленки с помощью, например, технологии напыления, технологии вакуумного осаждения, технологии ионного осаждения или CVD технологии пленка из металла или соединения металла в качестве пленкообразующего материала неизбежно прилипает к составляющему элементу пленкообразующей камеры, который располагается внутри устройства для образования пленки, во время процесса образования пленки. В качестве таких составляющих элементов для камеры образования пленки могут быть перечислены, например, предотвращающая адгезию пластина для подавления прилипания любой пленки к внутренним частям вакуумной камеры, иным, чем подложка, заслонка, маска, применяемая для формирования такой пленки только на желаемой области подложки, и лоток для переноса подложки. Пленка, имеющая такой же состав, что и состав предназначенной тонкой пленки (тонкой пленки, образуемой на подложке), также осаждается или прилипает к этим элементам во время процесса образования пленки. Поэтому в обычной практике эти элементы повторно используют после удаления прилипшей к ним пленки.

Пленка, неизбежно прилипающая к этим составляющим элементам пленкообразующей камеры, утолщается пропорционально продолжительности времени работы процесса образования пленки. Эта прилипшая пленка отходит в виде частиц от данных составляющих элементов пленкообразующей камеры вследствие действия внутренних напряжений прилипшей пленки или напряжений, накапливающихся в данной пленке при повторяющемся термическом гистерезисе, и прилипает к подложке, и это соответственно приводит к образованию пленки, имеющей различные дефекты. По этой причине в обычной практике составляющие элементы пленкообразующей камеры подвергают следующему циклу с регулярными интервалами; их удаление или демонтаж из устройства для образования пленки на стадии, когда прилипшая пленка еще не отслаивается, их промывание для удаления прилипшей к ним пленки, воздействие на них очищающей поверхность обработки и их последующее повторное использование.

При использовании ценного металла, такого как Al, Mo, Co, W, Pd, Nd, In, Ti, Re, Ta, Au, Pt, Se и Ag, в качестве пленкообразующего материала, желательно создание технологии обработки для извлечения металлов, которые не участвуют в образовании пленки из них на поверхности подложки и прилипают к составляющим элементам, иным, чем подложка, и разработка технологии изготовления повторно используемых элементов.

Например, в случае предотвращающей адгезию пластины, используемой для подавления адгезии любого пленкообразующего материала на, например, внутренней стенке устройства для образования пленки и поверхности множества таких составляющих элементов пленкообразующей камеры, иных, чем поверхность подложки, отложение, образовавшееся во время процесса образования пленки, в существующих условиях, отделяют от вышеуказанных элементов и/или внутренней стенки, для ее повторного использования. Применяемый в настоящее время такой способ отделения этого отложения включает в себя, например, пескоструйную технологию, технологию влажного травления, которая применяет кислоту или щелочь, и технологию отслаивания, которая использует водородное охрупчивание под действием, например, пероксида водорода, и еще способ отслаивания, который использует электролиз. В этом случае, при выполнении обработки для отделения осаждения, предотвращающая адгезию пластина повреждается в обрабатывающей жидкости в немалых количествах и, следовательно, предотвращающая адгезию пластина будет ограничена в числе повторных применений. По этой причине желательно разработать технологию отделения пленки, которая может снижать возникновение любого повреждения предотвращающей адгезию пластины насколько возможно.

В этом отношении, однако, если концентрация отделенного осаждения в отходах продувки, возникающих во время указанной пескоструйной технологии, и в сточном растворе, возникающем при обработке реагентом, такой как кислотная обработка или щелочная обработка, является низкой, затраты, требуемые для извлечения ценных металлов, соответственно довольно высокие, и, соответственно, этот способ является непригодным. В таком случае с отделенным таким образом отложением обращаются в настоящих условиях, соответственно, как с отходами.

В вышеуказанной обработке реагентом не только стоимость реагента сама по себе является высокой, но также расходы, требуемые для последующей обработки использованной жидкости, содержащей такой реагент, являются высокими, и необходимо дополнительно предотвращать возникновение любого загрязнения окружающей среды. По этой причине желательно снижать количество указанного используемого агента как только возможно. Кроме того, при выполнении указанной обработки реагентом пленкообразующий материал, отделенный от предотвращающей адгезию пластины, будет превращаться в другие новые химические вещества, и, следовательно, расходы, требуемые для извлечения только пленкообразующего материала из отделенного отложения, будут дополнительно накапливаться. Соответственно, извлекаемые материалы представляют собой только пленкообразующие материалы, стоимость которых уравновешивает расходы на извлечение в существующих условиях.

В дополнение к способу отделения отложения, обсуждаемому выше, известна технология извлечения ценных металлов, которая включает этапы проведения процесса образования пленки в устройстве, обеспеченном составляющими элементами, покрытыми Al пленкой, состоящей из реагирующего с водой Al композитного материала, имеющего такие отличительные свойства, что он может реагировать во влажной атмосфере и может, таким образом, превращаться в вещества, растворимые или активные в воде; отслаивания и отделения пленки, прилипшей к данной Al пленке во время данного процесса образования пленки, в результате реакции и/или растворения Al пленки; и затем извлечения ценных металлов, включенных в пленкоообразующий материал, присутствующих в прилипшей пленке, отделенной таким образом (смотри, например, патентный документ 1, указанный ниже). В этом отношении данный реагирующий с водой Al композитный материал образован из Al или Al сплава, и In, Sn, комбинации In и Sn или их сплава.

Литература предшествующего уровня техники

Патентный документ

Патентный документ 1: JP-А-2005-256063 (формула изобретения).

Описание изобретения

Проблемы, решаемые данным изобретением

Соответственно, задачей, в широком смысле, настоящего изобретения является решение вышеуказанных проблем, связанных с обычными технологиями, и, более конкретно, обеспечение Al композитного материала, содержащего добавленный In и добавленный Si, который может растворяться в результате реакции с водой во влажной атмосфере; Al пленки, по существу, состоящей из этого Al композитного материала; способа получения такой Al пленки; и составляющего элемента пленкообразующей камеры, который покрыт этой Al пленкой.

Средство для решения данных проблем

Таким образом, реагирующий с водой Al композитный материал настоящего изобретения содержит 4NAl или 5NAl, который содержит добавленный In в количестве в диапазоне от 2 до 5% масс.; и добавленный Si и Si в виде примеси к Al в полном количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6% масс. и предпочтительно от 0,04 до 0,2% масс. в расчете на количество Al.

Если Al композитный материал имеет такую композицию, Al пленка, полученная из этого материала, может легко реагировать с водой во влажной атмосфере с выделением газообразного водорода и, таким образом, растворяться в воде.

Если количество добавленного In меньше чем 2% масс., реакционная способность полученной Al пленки с водой снижается, тогда как, если количество добавленного In выше чем 5% масс., реакционная способность полученной Al пленки с водой становится очень высокой, и Al пленка может иногда реагировать с влагой, присутствующей в атмосферном воздухе. Кроме того, если полное количество Si меньше чем 0,04% масс., эффект регулирования реакционной способности с водой полученной Al пленки ослабляется, если полное количество Si превышает 0,2% масс., реакционная способность полученной Al пленки с водой начинает уменьшаться, и если его количество превышает 0,6% масс., реакционная способность с водой Al пленки, по существу, снижается.

Способ получения реагирующей с водой Al пленки согласно настоящему изобретению включает этапы плавления материала, содержащего 4NAl или 5NAl, который содержит добавленный In в количестве в диапазоне от 2 до 5% масс. и добавленный Si и Si в виде примеси к Al в полном количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6% масс. в расчете на количество Al таким образом, что полученный материал имеет однородный состав; термического напыления данного расплавленного материала на поверхность подложки; и затем его затвердевания путем закаливания с образованием на ней Al композитной пленки. В этом способе получения количество Si, включая Si в виде примеси, добавляемого к данному материалу, предпочтительно находится в диапазоне от 0,04 до 0,2% масс.

Реагирующая с водой Al пленка согласно настоящему изобретению отличается тем, что состоит, по существу, из вышеуказанного, реагирующего с водой Al композитного материала.

Составляющий элемент пленкообразующей камеры устройства для образования пленки согласно настоящему изобретению отличается тем, что данный составляющий элемент снабжен на поверхности вышеуказанной, реагирующей с водой Al пленкой.

Составляющий элемент пленкообразующей камеры согласно настоящему изобретению дополнительно отличается тем, что данный составляющий элемент представляет собой предотвращающую адгезию пластину, заслонку или маску.

Действие данного изобретения

Термически напыленная Al пленка, состоящая, по существу, из реагирующего с водой Al композитного материала согласно настоящему изобретению, может быть легко получена с помощью простого способа при снижении производственных затрат. Кроме того, данная Al пленка имеет такие отличительные свойства, что она может растворяться в воде в результате реакции с водой во влажной атмосфере даже после того, как данная пленка испытывает явление термического гистерезиса в результате процесса образования пленки, выполненного при температуре в диапазоне приблизительно от 300 до 350°С, и, дополнительно, присутствие желаемого количества Si, введенного в нее, позволяет регулировать ее активность и/или растворимость до того, как она испытывает явление термического гистерезиса (или во время процесса образования пленки).

Эта Al пленка может претерпевать реакцию с водой в присутствии влаги и может эффективно растворяться в воде с выделением газообразного водорода. Соответственно, следующие эффекты могут быть достигнуты с помощью Al композитной пленки настоящего изобретения: если операцию образования пленки выполняют, используя устройство для образования пленки, обеспеченный составляющими элементами пленкообразующей камеры (например, предотвращающей адгезию пластиной, заслонкой и маской), которые покрыты реагирующей с водой Al пленкой настоящего изобретения, неизбежно прилипающая пленка, состоящая, по существу, из пленкообразующего материала и прилипшая к поверхности, например, предотвращающей адгезию пластины во время процесса образования пленки, может отслаиваться и/или отделяться от поверхности в результате реакции и/или растворения этой Al пленки, и ценные металлы, включенные в пленкообразующий материал, могут легко извлекаться из прилипшей пленки, отделенной от поверхности составляющих элементов, и данные составляющие элементы, таким образом, могут повторно использоваться в течение увеличенного числа раз.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой график, показывающий отношение между температурой тепловой обработки (°С) и плотностью тока реакции (мА/см²), которое наблюдается для термически напыленной Al пленки, полученной из Al-In композитного материала, полученного в сравнительном примере 1.

Фиг.2 представляет собой график, показывающий отношение между температурой тепловой обработки (°С) и плотностью тока реакции (мА/см²), которое наблюдается для термически напыленной Al пленки, полученной из Al-In-Si композитного материала, полученного в примере 1.

Фиг.3 представляет собой фотографию, показывающую пленку, прилипшую к поверхности базового материала, обеспеченного термически напыленной Al пленкой, полученной в примере 1, которая находится в отслоившемся состоянии.

Способ осуществления данного изобретения

При получении тонкой пленки в устройстве для образования пленки согласно множеству технологий образования пленки, таких как технология напыления, внутренняя область пленкообразующей камеры подвергается воздействию повторяющегося термического гистерезиса. По этой причине поверхность составляющих элементов, таких как предотвращающая адгезию пластина, которые располагаются внутри пленкообразующей камеры, и которые покрыты Al пленкой настоящего изобретения, также подвергается воздействию повторяющегося термического гистерезиса. Соответственно, необходимо, чтобы Al пленка во время образования пленки с помощью технологии термического напыления, до того, как данная пленка подвергается воздействию термического гистерезиса, была не только устойчивой, но также легкой в обращении. В то же время Al пленка, обеспеченная неизбежно прилипшей к ней пленкой во время процесса образования пленки, должна иметь такую растворимость (или активность), чтобы данная Al пленка легко отходила от базового материала вместе с прилипшей пленкой и все еще была устойчивой даже после того, как Al пленка подвергается термическому гистерезису, испытанному в процессе образования пленки. В случае реагирующей с водой Al пленки согласно настоящему изобретению такое требование растворимости или активности удовлетворяется в достаточной степени.

Верхний предел температуры термического гистерезиса внутри вышеуказанной пленкообразующей камеры задается приблизительно 300-350°С, когда данная пленка образуется с помощью, например, технологии напыления, технологии вакуумного осаждения, технологии ионного осаждения или CVD технологии. Следовательно, с практической точки зрения обычно достаточно, когда Al пленка имеет реакционную способность по отношению к воде даже после того, как она подвергается воздействию термического гистерезиса до температуры 300°С, и более пригодно, когда Al пленка предпочтительно имеет реакционную способность по отношению к воде даже после того, как она подвергается воздействию термического гистерезиса до температуры 350°С. В случае реагирующей с водой Al пленки согласно настоящему изобретению такое требование для растворимости определенно удовлетворяется, как будет подробно объясняться ниже.

Вышеуказанная растворимость или активность Al композитной пленки настоящего изобретения оценивается на основании плотности тока (в настоящем изобретении также называемая "плотность тока реакции (мА/см²)"), определяемой путем погружения базового материала, покрытого Al пленкой, в теплую воду, поддерживаемую при заданной температуре (в диапазоне от 40 до 130°С и предпочтительно от 80 до 100°С), и затем определения плотности тока жидкости погружения. Этот способ определения представляет собой способ, который включает этапы определения потери массы, наблюдаемой для каждого образца до и после его погружения в обрабатывающую жидкость, и затем преобразования данного результата в величину плотности тока, принимая в рассмотрение, например, площадь поверхности образца и время его погружения в обрабатывающую жидкость. Можно сказать, что Al пленка, обеспеченная прилипшей пленкой, неизбежно прикрепляющейся к ней во время процесса образования пленки, имеет такую растворимость (или активность), что данная Al пленка может легко отходить от базового материала вместе с прилипшей пленкой даже после того, как Al пленка подвергается воздействию термического гистерезиса, испытанного в процессе образования пленки, пока плотность тока реакции, определенная с помощью данного способа, составляет не меньше чем 50 мА/см².

Настоящее изобретение будет далее описано со ссылкой на следующие варианты осуществления.

В Al пленке, состоящей, по существу, из реагирующего с водой Al композитного материала согласно настоящему изобретению, In равномерно диспергирован или распределен в высокой степени внутри Al матрицы, и соответственно Al пленка может легко реагировать с водой во влажной атмосфере, такой как вода, водяной пар или водный раствор, и в результате она может быть сделана растворимой или активной в воде. В настоящем изобретении применимы исходные Al материалы, например, имеющие чистоту 4N (99,99%) и 5N (99,999%), и каждый из них может быть получен путем дополнительно обработки исходного Al материала, имеющего низкую частоту и полученного с помощью электролитического процесса, такого как 2N (99%) Al или 3N (99,9%) Al соответственно трехслойному электролитическому процессу или способу согласно технологии частичного затвердевания (технология сегрегации), который использует разницу температур между твердой и жидкой фазами при затвердевании. Основные примеси, присутствующие в 4NAl и 5NAl, включают в себя Fe и Si, и эти исходные Al материалы дополнительно включают в себя, например, Cu, Ni и С в виде примесей, иных, чем указанные основные примеси.

В Al-In системе разница электрохимических потенциалов между Al и In обычно довольно высока, но если самопроизвольная оксидная пленка Al присутствует на его поверхности, ионизация Al не наступает совсем. Однако когда самопроизвольная оксидная пленка разрушается или удаляется и Al непосредственно вступает в тесный контакт с In, ионизация Al может ускоряться очень быстро из-за разницы потенциалов между ними. На этой стадии In существует в его исходном состоянии, высокодиспергированном по Al кристаллическим зернам без какого-либо химического изменения. In имеет низкую точку плавления (157°С) и никогда не образует никакого твердого раствора с Al. Соответственно, желаемая Al пленка может быть получена путем плавления Al и In таким образом, что состав становится однородным, принимая во внимание разницу плотностей между ними, и затем термического напыления полученного расплавленного материала на поверхность базового материала с помощью технологии термического напыления, образуя, таким образом, Al пленку в результате затвердевания осажденного расплавленного материала путем закаливания, а также сжимающего эффекта затвердевания.

Добавленный In сильно диспергируется по Al кристаллическим зернам вследствие действия процесса термического напыления и поддерживается в состоянии, в котором он находится в прямом контакте с Al. Добавленный In никогда не образует устойчивой фазы с Al и, следовательно, поверхность раздела Al/In поддерживается в состоянии высокой энергии и может подвергаться энергичной реакции с водой во влажной атмосфере при контакте поверхности с водой. Кроме того, In в качестве добавленного элемента находится в сильно диспергированных условиях, и пузырьки газообразного Н₂, выделяющегося во время реакции, расширяются, вызывая, таким образом, механическое воздействие. Следовательно, продукты реакции, содержащие, главным образом, AlOOH, мелко измельчаются на поверхности из-за данного механического воздействия без образования какой-либо пленки на ней и диспергируются в жидкости, и данная реакция или растворение непрерывно и взрывообразно протекает на успешно возобновляющейся границе реакции.

Чем выше чистота исходного Al материала, тем более заметно поведение Al-In системы, описанное выше, и, другими словами, данное поведение особенно заметно в случае 4NAl и 5NAl по сравнению с 3NAl.

С термически напыленной Al пленкой, состоящей, по существу, из указанного 4NAl-In композитного материала, которая образована с помощью способа термического напыления, можно обращаться с большим трудом, так как она определенно демонстрирует высокую активность, и ее растворимость в воде во влажной атмосфере так же слишком велика. Однако если желаемое количество Si добавлено к этому материалу, полученная термически напыленная Al пленка снижается в своей активности, и обращение с данной пленкой становится легче. В противоположность этому, термически напыленная Al пленка после того, как она подвергается воздействию термического гистерезиса, улучшает свою активность, и данная пленка может, таким образом, демонстрировать высокую способность к растворению (активность) в атмосфере, в которой присутствует влага. По этой причине данная Al пленка может иногда превращаться в порошок при обычной температуре в атмосфере в зависимости от композиционного отношения In и Si в пленке. В таком случае Al пленку предпочтительно хранят в атмосфере, свободной от любой влаги (атмосфера вакуума также может быть использована), чтобы избежать возникновения ее реакции с влагой в атмосфере.

Теперь настоящее изобретение будет описано со ссылкой на реагирующий с водой Al композитный материал, состоящий, по существу, из 4NAl-In-Si, в качестве примера.

Термически напыленную Al пленку получают, используя Al-In-Si композитный материал, в котором In и Si равномерно диспергированы, согласно способу, включающему этап образования намеченной пленки из данного композитного материала на поверхности базового материала, обрабатываемого в заданной атмосфере с помощью технологии термического напыления. Полученная термически напыленная Al-In-Si пленка содержит кристаллические In зерна (имеющие размер частиц не больше чем 10 нм) в таком состоянии, что они очень равномерно диспергированы в кристаллических Al зернах.

Вышеуказанная термически напыленная Al пленка получается, например, способом, подробно описанным ниже.

Более конкретно, способ получения термически напыленной Al пленки включает этапы получения 4NAl, In и Si; объединения исходного Al материала с In в количестве в диапазоне от 2 до 5% масс. и с Si (включая Si, присутствующий в 4NAl) в полном количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6% масс. и предпочтительно от 0,04 до 0,2% масс., принимая во внимание количество Si, присутствующего в 4NAl в виде примеси, с равномерным растворением и диспергированием и In, и Si в Al; формования полученной однородной смеси в форме прутка или проволоки, получая материал для термического распыления; затем покрытия поверхности базового материала, например, составляющего элемента пленкообразующей камеры устройства для образования пленки, такого как предотвращающая адгезию пластина, используемого в данной камере, путем напыления данного материала в его расплавленном состоянии на поверхность базового материала с помощью технологии пламенного-термического напыления; и затем закаливания и затвердевания напыленного материала с получением базового материала, обеспеченного желаемой, реагирующей с водой, термически напыленной Al пленкой. Сформированная таким образом термически напыленная пленка представляет собой пленку, в которой In присутствует в кристаллических Al зернах в очень равномерно диспергированном состоянии, как было описано выше.

Как было описано выше, в случае термически напыленной Al пленки, полученной с использованием композитного материала, полученного путем добавления заданного количества Si к Al-In системе, растворимость в воде данной термически напыленной Al пленки может регулироваться без действия на Al пленку какой-либо последующей обработки, и это, соответственно, предотвращает термически напыленную пленку от растворения путем реакции с влагой, присутствующей в атмосфере, и это также облегчает обращение с пленкой. Кроме того, если верхний предел температуры во время явления термического гистерезиса, протекающего в пленкообразующей камере, задается приблизительно 300°С, Al пленка, демонстрирующая практически приемлемую активность или растворимость в воде, может быть получена, используя Al композитный материал, который содержит введенный в него Si в количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6% масс. и предпочтительно от 0,05 до 0,5% масс., тогда как, если верхний предел температуры во время явления термического гистерезиса задается выше, приблизительно 350°С, Al пленка, демонстрирующая практически приемлемую активность или растворимость в воде, может быть получена, используя Al композитный материал, который содержит введенный в него Si в количестве в диапазоне от 0,04 до 0,2% масс. и предпочтительно от 0,05 до 0,1% масс.

При погружении базового материала, покрытого термически напыленной Al пленкой, в теплую воду или распылении водяного пара на базовый материал, как описано выше, например, при погружении его в теплую воду, температура которой поддерживается на заданном уровне, реакция данной пленки с водой инициируется сразу после погружения, которое сопровождается выделение газообразного водорода, вода чернеет по мере протекания реакции из-за присутствия, например, осажденного In, в конце термически напыленная пленка полностью растворяется, и осадки, состоящие из, например, Al, In и Si, остаются в теплой воде. Эта реакция энергично протекает с увеличением температуры воды.

Указанная термически напыленная пленка описана выше, принимая, в качестве примера, что пленка образована, используя материал, имеющий прутковую или проволочную форму, с помощью технологии пламенного-термического напыления, но данная Al пленка может также быть образована, используя порошковый материал, с помощью технологии пламенного-термического напыления. Данная пленка дополнительно может быть образована с помощью технологии электродугового напыления или технологии плазменного напыления. В настоящем изобретении исходный материал, описанный выше, расплавляют с последующим напылением расплавленного материала на поверхность базового материала, его закаливанием и затвердеванием с образованием термически напыленной пленки с помощью одной из этих технологий термического напыления, используя известные условия процесса.

При использовании базового материала, поверхность которого покрыта вышеуказанной, реагирующей с водой Al пленкой, в виде составляющего элемента пленкообразующей камеры, такого как предотвращающая адгезию пластина или заслонка, который находится внутри пленкообразующей камеры устройства для образования пленки, как было описано выше, пленка, образованная из образующего пленку материала, неизбежно прилипшая к данному составляющему элементу пленкообразующей камеры, может легко отслаиваться от составляющего элемента после завершения процесса образования пленки, выполненного заданное число раз или циклов, и, соответственно, ценные металлы могут быть легко извлечены из отделенной Al пленки, обеспеченной осажденной пленкой из пленкообразующего материала.

В этом случае в качестве жидкости для отделения Al композитной пленки используется не какой-либо химический реагент, а вода, такая как чистая вода, водяной пар или водный раствор. Соответственно, можно предотвращать возникновение какого-либо повреждения составляющего элемента пленкообразующей камеры, такого как предотвращающая адгезию пластина, из-за растворения последнего в данной жидкости, и эти составляющие элементы могут повторно использоваться в существенно большем числе раз по сравнению с тем, что наблюдается для случая, когда химический реагент используется в качестве такой жидкости для отделения. Кроме того, никакой химический реагент не используется в настоящем изобретении, и, следовательно, это приведет к заметному снижению расходов, требуемых для последующей обработки, и сохранению окружающей среды. Более того, большая часть пленкообразующих материалов, прилипающих к составляющим элементам пленкообразующей камеры, таким как предотвращающая адгезию пластина, никогда не растворяются в воде, и, соответственно, настоящее изобретение имеет преимуществом то, что материал может извлекаться в форме твердого вещества, имеющего состав и форму, по существу, идентичные наблюдаемым для пленкообразующего материала. Кроме того, настоящее изобретение демонстрирует то преимущество, что не только расходы на извлечение могут сильно снижаться, но также способ, применяемый для извлечения, может быть упрощен, и, соответственно, широкое множество материалов может извлекаться согласно настоящему изобретению. Например, если пленкообразующие материалы представляют собой дорогостоящие металлы, такие как драгоценные металлы и редкие металлы, использование составляющего элемента пленкообразующей камеры, такого как предотвращающая адгезию пластина, который снабжен на своей поверхности пленкой, состоящей из реагирующего с водой Al композитного материала настоящего изобретения, предоставит возможность удаления или отделения пленки, неизбежно прилипшей к данному составляющему элементу во время операций образования пленки и состоящей из пленкообразующего материала, просто путем погружения данного элемента в воду или распыления на него водяного пара. Это, в свою очередь, позволяет извлекать драгоценные металлы и редкие металлы без возникновения какого-либо загрязнения. Таким образом, стоимость извлечения может быть снижена, и пленкообразующий материал может также извлекаться при сохранении их высокого качества.

Настоящее изобретение будет теперь описано более подробно ниже со ссылкой на следующие сравнительные примеры и рабочие примеры.

Сравнительный пример 1

Следующие Al-In композиции готовили и затем изучали в отношении чистоты Al, концентрации In и растворимости или активности полученных, термически напыленных пленок, и полученные таким образом результаты исследовали и сравнивали друг с другом, используя 3NAl, 4NAl и 5NAl в качестве исходных Al материалов. В этой связи, добавленное количество In выражали в терминах относительно массы (веса) использованного исходного Al материала.

· 3NAl-2% масс. (%вес.) In;

· 3NAl-3% масс. In;

· 3NAl-4% масс. In;

· 4NAl-2% масс. In;

· 4NAl-3% масс. In;

· 4NAl-5% масс. In;

· 5NAl-1,5% масс. In;

· 5NAl-2,5% масс. In;

· 5NAl-3,5% масс. In.

Объединяли Al и In друг с другом с величинами, указанными выше, равномерно растворяя или диспергируя In в Al, и затем каждую из полученных смесей формовали в прутковое изделие, и данное изделие использовали в качестве материала для процесса термического напыления. Затем термически напыленную пленку формировали путем плавления данного пруткового изделия и затем термического нанесения полученного расплава изделия на поверхность базового материала, сделанного из алюминия, в атмосфере с помощью технологии пламенного напыления из прутка (источник тепла: газ С₂Н₂-О₂; температура: приблизительно 3000°С). Каждую из полученных таким образом термически напыленных пленок подвергали тепловой обработке при температуре в диапазоне от 0 до 350°С (пленку обрабатывали в атмосфере в течение одного часа и затем охлаждали в печи) вместо воздействия на нее термического гистерезиса, возможно случающегося во время процесса образования пленки. Затем базовый материал, обеспеченный термически напыленной пленкой, до данной тепловой обработки (0°С) и тот же базовый материал, использованный выше и полученный после тепловой обработки, каждый погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы получить растворимость каждой термически напыленной пленки. Полученные таким образом результаты исследовали. Полученные таким образом результаты представлены на фиг.1. На фиг.1 температура тепловой обработки (°С) отложена по абсциссе, а плотность тока реакции (мА/см²) по ординате.

Данные, представленные на фиг.1, ясно показывают, что при использовании исходных Al материалов, имеющих чистоту 4N или 5N, полученные Al пленки имеют растворимости в воде, более высокие, чем наблюдали для Al пленки, полученной, используя 3NAl, и данные также показывают, что для исходного Al материала, имеющего конкретную чистоту, наблюдается следующая тенденция: чем выше концентрация In (не менее чем 2% масс.) в Al композитном материале, тем выше растворимость полученной Al пленки. По этой причине, когда использовали исходный Al материал, имеющий чистоту не менее чем 4N, и Al-In система имела концентрацию In не менее чем 2% масс., полученная термически напыленная Al пленка демонстрировала прекрасную растворимость в воде. Однако при использовании 5NAl в качестве исходного Al материала возникает такая проблема, что полученная, термически напыленная Al пленка имеет чрезвычайно высокую активность, данная пленка превращается в порошок, если ее оставляют стоять при обычной температуре на воздухе, и, соответственно, с ней можно обращаться с большим трудом. По этой причине с точки зрения промышленного применения необходимо регулировать ее активность (растворимость), чтобы облегчить обращение с ней.

Пример 1

Ввиду результатов, полученных в сравнительном примере 1, изобретатели данного изобретения исследовали соотношение между добавленным количеством Si и растворимостью или активностью полученной термически напыленной пленки в воде, используя 4NAl в качестве исходного Al материала, и беря в качестве примера Al композитный материал, в который были добавлены In и Si (его количество включало Si в виде примеси к Al) (другими словами, Al-In-Si композиция). В этой связи добавленные количества In и Si выражали в обозначениях, вычисленных в расчете на массу исходного Al материала.

· 4NAl (количество примесного Si: 100 ч./млн)-3% масс. In;

· 4NAl-3% масс. In-0,05% масс. Si (включая 90 ч./млн примесного Si);

· 4NAl-3% масс. In-0,1% масс. Si (включая 100 ч./млн примесного Si);

· 4NAl-3% масс. In-0,2% масс. Si (включая 100 ч./млн примесного Si);

· 4NAl-2,6% масс. In-0,5% масс. Si (включая 100 ч./млн примесного Si).

Используя термически напыленный материал, полученный путем объединения Al, In и Si вместе в указанных выше количествах, равномерно растворяя или диспергируя In и Si в Al и затем формуя полученную смесь в прутковое изделие, формировали термически напыленную пленку путем расплавления пруткового изделия и затем термического напыления полученного расплава изделия на поверхность алюминиевого базового материала в атмосфере с помощью технологии пламенного напыления из прутка (источник тепла: газ С₂Н₂-О₂; температура: приблизительно 3000°С). Каждую из полученных таким образом, термически напыленных пленок подвергали тепловой обработке при температуре в диапазоне от 0 до 400°С (пленку обрабатывали в атмосфере в течение одного часа и затем охлаждали в печи) вместо воздействия на нее термического гистерезиса, возможно случающегося во время процесса образования пленки. Затем базовый материал, обеспеченный термически напыленной пленкой, до данной тепловой обработки (0°С) и тот же базовый материал, использованный выше и полученный после тепловой обработки (после воздействия термического гистерезиса), каждый погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы получить растворимость каждой термически напыленной пленки, и с последующим исследованием полученных таким образом результатов. Полученные таким образом результаты представлены на фиг.2. На фиг.2 температура тепловой обработки (°С) отложена по абсциссе, а плотность тока реакции (мА/см²) по ординате.

Данные, представленные на фиг.2, ясно показывают, что добавление заданного количества Si позволяет регулировать активность и, другими словами, растворимость термически напыленной пленки до тепловой обработки, когда пленка находится в состоянии сразу после ее образования с помощью технологии термического напыления. Соответственно, растворение термически напыленной пленки путем ее реакции влагой, присутствующей в атмосфере, может определенно предотвращаться. Кроме того, если верхний предел температуры термического гистерезиса в пленкообразующей камере устанавливают приблизительно 300°С, было обнаружено, что термически напыленная Al пленка может быть получена, используя Al композитный материал, имеющий добавленное содержание Si в диапазоне от 0,04 до 0,6% масс. и предпочтительно от 0,05 до 0,5% масс., и полученная Al пленка будет иметь практически приемлемую растворимость в воде. С другой стороны, если верхний предел температуры термического гистерезиса устанавливают выше, приблизительно 350°С, было обнаружено, что термически напыленная Al пленка, имеющая практически приемлемую растворимость, может быть получена, используя Al композитный материал, имеющий добавленное содержание Si в диапазоне от 0,04 до 0,2% масс. и предпочтительно от 0,05 до 0,1% масс.

Было обнаружено, что при погружении в теплую воду, поддерживаемую при 80°С, базового материала, покрытого термически напыленной Al пленкой, имеющей хорошую растворимость в воде и полученной после указанной тепловой обработки, реакция пленки с водой инициируется сразу после погружения, которое сопровождается энергичным выделением газообразного водорода, вода чернеет по мере протекания реакции из-за присутствия, например, осажденного In, в конце термически напыленная пленка не может сохранять состояние, когда она прочно прилипает к базовому материалу, из-за реакции с водой, и пленка начинает отслаиваться от базового материала с растворением. Таким образом, можно сказать, что Al композитный материал настоящего изобретения определенно является реагирующим с водой.

Пример 2

Авторы данного изобретения исследовали соотношение между чистотой исходного Al материала, добавленным количеством Si и растворимостью или активностью полученной термически напыленной пленки в воде, используя 4NAl и 5NAl в качестве исходных Al материалов, и беря в качестве примера Al композитный материал, в который были добавлены In и Si (его количество включало в себя Si в виде примеси к Al) (другими словами, Al-In-Si композиция). В этой связи добавленные количества In и Si выражали в обозначениях, вычисленных в расчете на массу исходного Al материала.

· 4NAl-2% масс. In-0,05% масс. Si (включая 90 ч./млн примесного Si);

· 4NAl-3% масс. In-0,1% масс. Si (включая 100 ч./млн примесного Si);

· 4NAl-4% масс. In-0,5% масс. Si (включая 100 ч./млн примесного Si);

· 5NAl-1,5% масс. In-0,05% масс. Si (включая 100 ч./млн примесного Si);

· 5NAl-2,6% масс. In-0,1% масс. Si (включая 100 ч./млн примесного Si);

· 5NAl-3,5% масс. In-0,5% масс. Si (включая 100 ч./млн примесного Si).

Объединяли Al, In и Si друг с другом в соответствующих количествах, указанных выше, и повторяли такие же процедуры, как использованные в примере 1, образуя, таким образом, каждую термически напыленную пленку. Каждую из полученных таким образом термически напыленных пленок подвергали тепловой обработке с помощью таких же процедур, как использованные в примере 1 (пленку обрабатывали в атмосфере в течение одного часа и затем охлаждали в печи). Затем базовый материал, обеспеченный термически напыленной пленкой, до данной тепловой обработки (0°С) и тот же базовый материал, использованный выше и полученный после тепловой обработки (базовый материал, который испытал воздействие термического гистерезиса), каждый погружали в 300 мл чистой воды, поддерживаемой при 80°С, с последующим определением плотности тока каждой жидкости погружения, чтобы получить растворимость каждой, термически напыленной пленки, и с исследованием полученных таким образом результатов.

В результате наблюдали такую же тенденцию, как наблюдали в примере 1. Было обнаружено, что добавление заданного количества Si позволяет регулировать активность и, другими словами, растворимость термически напыленной пленки до тепловой обработки, когда пленка находится в состоянии сразу после ее образования с помощью технологии термического напыления. Кроме того, если верхний предел температуры термического гистерезиса устанавливают приблизительно 300°С, было обнаружено, что термически напыленная Al пленка может быть получена, используя Al композитный материал, имеющий добавленное содержание In не менее чем 2% масс. и добавленное содержание Si в диапазоне от 0,04 до 0,6% масс. и предпочтительно от 0,05 до 0,5% масс., и что полученная Al пленка будет иметь практически приемлемую активность или растворимость в воде. С другой стороны, если верхний предел температуры термического гистерезиса устанавливают выше, приблизительно 350°С, было обнаружено, что термически напыленная Al пленка, имеющая практически приемлемую активность или растворимость, может быть получена, используя Al композитный материал, имеющий добавленное содержание In не менее чем 2% масс. и добавленное содержание Si в диапазоне от 0,04 до 0,2% масс. и предпочтительно от 0,05 до 0,1% масс.

Пример 3

Операции образования платиновой (Pt) пленки повторяли на протяжении 30 циклов, используя распыляющее устройство, оборудованное предотвращающей адгезию пластиной, поверхность которой была покрыта термически напыленной пленкой (толщина пленки: 200 мкм) из 4NAl-3% масс. In-0,1% масс. Si, полученной в примере 1, и затем данную предотвращающую адгезию пластину, к которой прилипла Pt пленка, демонтировали из распыляющего устройства и обрабатывали теплой водой, поддерживаемой при 80°С. В результате было обнаружено, что термически напыленная пленка полностью растворялась за 30 минут, и что прилипшая пленка Pt отслаивалась от предотвращающей адгезию пластины, как показано на фиг.3. Таким образом, Pt в качестве пленкообразующего материала можно было легко извлекать. На этой стадии было обнаружено, что AlOOH осаждался в теплой воде.

Промышленная применимость

При покрытии Al пленкой, состоящей из реагирующего с водой Al композитного материала согласно настоящему изобретению, поверхности составляющих элементов пленкообразующей камеры вакуумного устройства для образования пленки, который применяется при образовании тонкой пленки металла или соединения металла с помощью технологии напыления, технологии вакуумного осаждения, технологии ионного осаждения и CVD технологии, данная пленка, неизбежно прилипающая во время данного процесса образования пленки к поверхности такого составляющего элемента пленкообразующей камеры, может отслаиваться от него во влажной атмосфере и может легко извлекаться. Следовательно, настоящее изобретение может быть использовано в областях, в которых применяются эти устройства для образования пленки, например в областях техники, связанных с полупроводниковыми элементами и электронным машинным оборудованием и инструментами, в целях увеличения количества раз повторного использования данных составляющих элементов пленкообразующей камеры устройств для образования пленки и извлечения пленкообразующих материалов, которые содержат ценные металлы.

Изобретение относится к получению Аl пленки из реагирующего с водой Аl композитного материала, наносимой на детали пленкообразующей камеры устройств образования пленок. Композитный материал для получения пленки содержит алюминиевый материал с чистотой 4NAl или 5NAl, содержащий добавленный In в количестве в диапазоне от 2 до 5 мас.% и Si, включая Si в виде примеси к Аl исходному материалу, в суммарном количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6 мас.% в расчете на количество Аl. Пленку получают путем термического напыления расплавленного материала на поверхность базового материала с последующим его затвердеванием путем закаливания. Обеспечивается облегчение удаления пленки с деталей пленкообразующей камеры устройств образования пленок. 4 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 пр.

1. Реагирующий с водой Аl композитный материал для получения пленки, содержащий алюминиевый материал с чистотой 4NAl или 5NAl, который содержит добавленный In в количестве в диапазоне от 2 до 5 мас.% и Si, включая Si в виде примеси к Аl исходному материалу, в суммарном количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6 мас.% в расчете на количество Аl.

2. Способ получения реагирующей с водой Аl пленки, включающий этапы, на которых расплавляют алюминиевый материал с чистотой 4NAl или 5NAl, который содержит добавленный In в количестве в диапазоне от 2 до 5 мас.% и Si, включая Si в виде примеси к Аl, в суммарном количестве в диапазоне от 0,04 до 0,6 мас.% в расчете на количество Аl, таким образом, что полученный материал имеет однородный состав, термически напыляют расплавленный материал на поверхность базового материала, и затем осуществляют затвердевание его путем закаливания, образуя на нем пленку.

3. Реагирующая с водой Аl пленка, состоящая, по существу, из реагирующего с водой Аl композитного материала по п.1.

4. Деталь пленкообразующей камеры устройства для образования пленки, характеризующаяся тем, что она снабжена на своей поверхности реагирующей с водой Аl пленкой, состоящей, по существу, из реагирующего с водой Аl композитного материала по п.1, или реагирующей с водой Аl пленкой полученной способом по п.2.

5. Деталь по п.4, представляющая собой предотвращающую адгезию пластину, заслонку или маску.