СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2014 года по МПК C09D1/02 B32B18/00 

Описание патента на изобретение RU2534258C1

Изобретение относится к тонкопленочным стеклокерамическим покрытиям, широко применяемым в материаловедении и медицинском материаловедении в частности.

Известно многослойное защитное покрытие, содержащее металлический слой-основу, адгезионный слой и защитный слой (Патент РФ №2285749, опубл. 20.10.2006, C23C 28/00). Защитный слой выполнен из двух внутреннего и наружного подслоев, каждый из которых имеет композиционную структуру и содержит керамическую матрицу и наполнитель, при этом матрица внутреннего подслоя выполнена в виде жесткого каркаса, в порах которого расположен наполнитель, а матрица наружного подслоя - в виде твердых частиц, не имеющих жесткого сцепления друг с другом, расположенных в слое наполнителя.

Недостатками известного способа является сложность получения покрытий на различных подложках, вследствие использования матрицы в виде жесткого каркаса и наполнителя, что не всегда возможно осуществить на неровных поверхностей, в т.ч. на различных деталях, формах.

Известен способ получения мезопористых смешанных оксидов ZrO2-SiO2 (статья В.Н. Витер «Золь-гель синтез мезопористых смешанных оксидов ZrO2-SiO2» // Журнал прикладная химия, 2010, Т.83, Вып.2. С.198-202) золь-гель методом с использованием оксохлорида циркония ZrOCl2·8H2O и тетраэтилортосиликата Si(OEt)4 в водно-этанольной среде в присутствии азотной кислоты. Расчетное количество ZrOCl2·8H2O растворяли в воде, добавляли этиловый спирт, Si(OEt)4 и HNO3. Смесь нагревали на водяной бане при 60°C в течение 1-3 ч, полученные гели высушивали и отжигали до получения оксидов. Недостатком известного способа является получение мезопористых оксидных систем только в виде порошков ксерогелей, что ограничивает область их практического использования.

Известен способ получения стеклокерамического тонкопленочного материала по золь-гель технологии с использованием пленкообразующих растворов, позволяющий наносить пленкообразующий раствор методом центрифугирования и вытягивания на различные поверхности и получать пленки с хорошими физико-химическими и целевыми свойствами (статья Т.С. Петровской, Л.П. Борило «Получение структурированных пленок на основе систем SiO2-P2O5-CaO-(Nа2O) // Журнал Стекло и керамика. 2012. №1. с.25-29), выбранный в качестве прототипа.

Способ получения включает приготовление пленкообразующего раствора на основе тетраэтоксисилана (ТЭОС), ортофосфорной кислоты, хлоридов кальция и натрия, с последующем нанесением раствора методом центрифугирования или вытягивания на поверхность подложки и термообработкой в два этапа: при температуре 60°C (1 ч) и 600-800°C (30 мин). Получение пленок из растворов основано на способности исходных веществ вступать в реакции гидролитической поликонденсации и образовывать коллоидные растворы, при этом критерием пленкообразующей способности служит вязкость растворов, при этом критическое значение вязкости для получения качественных пленок определено как 5·10-3 Па·с. Недостатком известного способа являются ограниченные возможности пленкообразующего раствора по их вязкости для получения качественных пленок.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения многослойного покрытия на основе SiO2-ZrO2-P2O5-Na2O, позволяющего получать покрытия при более низких температурах отжига, стабильные по времени, с высокими значениями показателя преломления и толщиной более 100 нм.

Поставленная задача решается тем, что способ получения многослойного покрытия на основе SiO2-ZrO2-P2O5-Na2O, включающий приготовление пленкообразующего раствора с дальнейшим последовательным нанесением этого раствора на поверхность подложки и ступенчатую термообработку.

В отличие от прототипа для получения покрытия используют два пленкообразующих раствора (ПОР), для первого слоя используют ПОР, который образует диоксид циркония, на который наносят второй ПОР, формирующий силикофосфатный слой, затем повторно наносят первый пленкообразующий раствор, после чего проводят ступенчатую термообработку: после нанесения каждого слоя при температуре 60°C в течение 30 мин и затем стабилизационный отжиг при температуре 600°C в течение 1 часа.

Компоненты для первого ПОР используют при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксохлорид циркония - 5,4

96 мас.% Этиловый спирт - Остальное.

Компоненты для второго ПОР используют при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Тетраэтоксисилан - 2,6-4,8

Хлорид кальция - 3,4-5,6

Ортофосфорная кислота - 0,5

96 мас.% Этиловый спирт - Остальное.

Примеры конкретного осуществления изобретения приведены ниже.

Пример 1.

Для приготовления 100 мл первого пленкообразующего раствора необходимо взять 5,4 г оксохлорида циркония ZrOCl2·8H2O и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем довести до объема 100 мл этиловым спиртом. Для приготовления 100 мл второго пленкообразующего раствора необходимо взять 3,4 г хлорида натрия и растворить его в 90 мл 96 масс % этилового спирта, затем добавить 2,6 мл тетраэтоксисилан с плотностью 0,94 г/см3, затем добавить 0,3 мл фосфорной кислоты с плотностью 1,685 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания растворов в течение 24 часов на кремневую подложку методом центрифугирования наносят первый раствор и подвергают термообработке при температурах 60°C в течение 30 мин, затем наносят новый слой из второго пленкообразующего раствора и подвергают термообработке при температурах 60°C в течение 30 мин, затем наносят еще один слой из первого пленкообразующего раствора и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°C в течение 30 мин и при температурах 600°C в течение 1 часа, при этом получается покрытие состава SiO2-ZrO2-P2O5-Na2O толщиной 130 нм и показателем преломления 1,62.

Пример 2.

Для приготовления 100 мл первого пленкообразующего раствора необходимо взять 5,4 г оксохлорида циркония ZrOCl2·8H2O и растворить его в 70 мл 96 масс % этилового спирта, затем довести до объема 100 мл этиловым спиртом. Для приготовления 100 мл второго пленкообразующего раствора необходимо взять 4,8 г хлорида натрия и растворить его в 90 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 4,0 мл тетраэтоксисилан с плотностью 0,94 г/см3, затем добавить 0,3 мл фосфорной кислоты с плотностью 1,685 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания растворов в течение 24 часов на кремневую подложку методом центрифугирования наносят первый раствор и подвергают термообработке при температурах 60°C в течение 30 мин, затем наносят новый слой из второго пленкообразующего раствора и подвергают термообработке при температурах 60°C в течение 30 мин, затем наносят еще один слой из первого пленкообразующего раствора и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°C в течение 30 мин и при температурах 600°C в течение 1 часа, при этом получается покрытие состава SiO2-ZrO2-P2O5-Na2O толщиной 136 нм и показателем преломления 1,65.

Пример 3.

Для приготовления 100 мл первого пленкообразующего раствора необходимо взять 5,4 г оксохлорида циркония ZrOCl2·8H2O и растворить его в 70 мл 96 мас.% этилового спирта, затем довести до объема 100 мл этиловым спиртом. Для приготовления 100 мл второго пленкообразующего раствора необходимо взять 5,6 г хлорида натрия и растворить его в 90 мл 96 мас.% этилового спирта, затем добавить 4,8 мл тетраэтоксисилан с плотностью 0,94 г/см3, затем добавить 0,3 мл фосфорной кислоты с плотностью 1,685 г/см3 и довести до объема 100 мл этиловым спиртом. После созревания растворов в течение 24 часов на кремневую подложку методом центрифугирования наносят первый раствор и подвергают термообработке при температурах 60°C в течение 30 мин, затем наносят новый слой из второго пленкообразующего раствора и подвергают термообработке при температурах 60°C в течение 30 мин, затем наносят еще один слой из первого пленкообразующего растра и подвергают ступенчатой термообработке при температурах 60°C в течение 30 мин и при температурах 600°C в течение 1 часа, при этом получается покрытие состава SiO2-ZrO2-P2O5-Na2O толщиной 135 нм и показателем преломления 1,68.

Похожие патенты RU2534258C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ SiO-ZrO-PO-CaO 2012
  • Борило Людмила Павловна
  • Спивакова Лариса Николаевна
  • Каминская Татьяна Алексеевна
RU2497680C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ПОКРЫТИЯ 2015
  • Борило Людмила Павловна
  • Спивакова Лариса Николаевна
  • Лютова Екатерина Сергеевна
RU2599294C1
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ДВОЙНЫХ ОКСИДОВ ЦИРКОНИЯ И ГЕРМАНИЯ 2007
  • Борило Лариса Николаевна
  • Козик Владимир Васильевич
RU2343118C1
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ДВОЙНЫХ ОКСИДОВ ЦИРКОНИЯ И ТИТАНА 2009
  • Борило Людмила Павловна
  • Борило Лариса Николаевна
RU2404923C1
КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ СЛОЖНЫХ ОКСИДОВ ЦИРКОНИЯ, ФОСФОРА И КАЛЬЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ 2012
  • Борило Людмила Павловна
  • Спивакова Лариса Николаевна
  • Каминская Татьяна Алексеевна
RU2502667C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ОДНОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ МЕТОДОМ В ПРИСУТСТВИИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ И ИХ СОЛЕЙ 2010
  • Борило Людмила Павловна
  • Спивакова Лариса Николаевна
  • Иванова Екатерина Сергеевна
RU2450984C1
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ДВОЙНЫХ ОКСИДОВ ЦИРКОНИЯ И ЦИНКА 2009
  • Борило Людмила Павловна
  • Борило Лариса Николаевна
RU2411187C1
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЦВЕТНОГО НАНОПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСНОГО СОЕДИНЕНИЯ ЦИРКОНИЯ 2010
  • Козик Владимир Васильевич
  • Кузнецова Светлана Анатольевна
  • Заболотская Анастасия Владимировна
  • Борило Лариса Николаевна
  • Халипова Ольга Сергеевна
RU2427534C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ОКСИДОВ КРЕМНИЯ, ФОСФОРА, КАЛЬЦИЯ И МАГНИЯ 2019
  • Борило Людмила Павловна
  • Лютова Екатерина Сергеевна
  • Спивакова Лариса Николаевна
  • Изосимова Елена Анатольевна
RU2719580C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОПЛЕНОЧНОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ СЛОЖНЫХ ОКСИДНЫХ СИСТЕМ 2016
  • Борило Людмила Павловна
  • Лютова Екатерина Сергеевна
  • Спивакова Лариса Николаевна
RU2632835C1

Реферат патента 2014 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО ПОКРЫТИЯ

Изобретение относится к тонкопленочным стеклокерамическим покрытиям, широко применяемым в материаловедении и медицинском материаловедении в частности. Способ получения многослойного покрытия на основе SiO2-ZrO2-P2O5-Na2O, включающий приготовление пленкообразующего раствора с дальнейшим последовательным нанесением этого раствора на поверхность подложки и ступенчатую термообработку. Для получения покрытия используют два пленкообразующих раствора (ПОР). Для первого слоя используют ПОР, который образует диоксид циркония, на который наносят второй пленкообразующий раствор, формирующий силикофосфатный слой, затем повторно наносят первый ПОР, после чего проводят ступенчатую термообработку при температуре 60ºС в течение 30 минут после нанесения первого и второго слоя, а после нанесения третьего слоя термообработка провидится при 60ºС в течение 30 минут, затем при 600ºС в течение 1 часа. Компоненты для первого ПОР используют при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксохлорид циркония - 5,4; 96 мас.% этиловый спирт - остальное. Компоненты для второго ПОР используют при следующем соотношении компонентов, мас.%: тетраэтоксисилан - 2,6-4,8; хлорид натрия - 3,4-5,6; ортофосфорная кислота - 0,5; 96 мас.% этиловый спирт - остальное. 2 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 534 258 C1

1. Способ получения многослойного покрытия на основе SiO2-ZrO2-P2O5-Na2O, включающий приготовление пленкообразующего раствора с дальнейшим последовательным нанесением этого раствора на поверхность подложки и ступенчатую термообработку, отличающейся тем, что для получения покрытия используют два пленкообразующих раствора (ПОР), для первого слоя используют ПОР, который образует диоксид циркония, на который наносят второй ПОР, формирующий силикофосфатный слой, затем повторно наносят первый пленкообразующий раствор, с проведением ступенчатой термообработки при температуре 60°C в течение 30 минут после нанесения первого и второго слоя, а после нанесения третьего слоя термообработка проводится при 60°C в течение 30 минут и 600°C в течение 1 часа после.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что компоненты для первого ПОР используют при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Оксохлорид циркония - 5,4
96 мас.% Этиловый спирт - Остальное.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что компоненты для второго ПОР используют при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Тетраэтоксисилан - 2,6-4,8
Хлорид натрия - 3,4-5,6
Ортофосфорная кислота - 0,5
96 мас.% Этиловый спирт - Остальное.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2014 года RU2534258C1

ПЕТРОВСКАЯ Т.С., БОРИЛО Л.П
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Изложница с суживающимся книзу сечением и с вертикально перемещающимся днищем 1924
  • Волынский С.В.
SU2012A1
СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОЙ ПЛЕНКИ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ ДВОЙНЫХ ОКСИДОВ ЦИРКОНИЯ И ГЕРМАНИЯ 2007
  • Борило Лариса Николаевна
  • Козик Владимир Васильевич
RU2343118C1
КОМПОЗИЦИЯ ПОКРЫТИЯ, ПРЕМИКС, ПОДЛОЖКА С ПОКРЫТИЕМ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОДЛОЖКИ, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ ПОКРЫТИЯ 1997
  • Гуде Дональд Дж.
  • Дорсетт Терри Е.
  • О'Брайен Дебора А.
  • Гунн Вальтер Х.
  • Германо Виктор В.
RU2182161C2
Покрытие для защиты сталей 1978
  • Смолин Валерий Васильевич
  • Лев Владлен Зиновьевич
  • Коляда Александр Александрович
SU709579A1
ТЕРМООБРАБАТЫВАЕМОЕ ИЗДЕЛИЕ СО СЛОЕМ(ЯМИ) НА ОСНОВЕ ЛЕГИРОВАННОГО ЦИНКОМ ЦИРКОНИЯ В ПОКРЫТИИ 2007
  • Петрмихль Рудольф Хьюго
  • Климеш Дуглас
  • Ван Цзянпин
RU2446118C2
CN 102432337 A 02.05.2012
Устройство для разбраковки ткани 1987
  • Киселев Игорь Анатольевич
  • Фомин Юрий Григорьевич
  • Свиридов Александр Григорьевич
  • Белов Сергей Владимирович
  • Еремеев Павел Элегиевич
SU1514851A1
WO 2009043122 A1 09.04.2009

RU 2 534 258 C1

Авторы

Борило Людмила Павловна

Спивакова Лариса Николаевна

Даты

2014-11-27Публикация

2013-10-14Подача