Способ нанесения покрытий Советский патент 1992 года по МПК C23C16/08 

Изобретение относится к области нанесения металлических, в частности, кадмиевых покрытий восстановлением его хлорида атомарным водородом. Кадмиевые покрытия могут быть использованы при создании деталей и конструкций на основе высокопрочных сталей с защитными покрытиями и в полупроводниковой технике.

Известен способ получения кадмиевых покрытий из карбоната кадмия путем их восстановления.

Известен также способ нанесения кадмиевых покрытий термическим разложением металлоорганических соединений кадмия.

НЕДОСТАТКИ ИЗВЕСТНОГО СПОСОБА.

Известный способ нанесения кадмиевых покрытий относится к термическим энергоемким методом, а не к плазмохимиче- ским.

Необходимость получения трудносинтезируемых токсичных металлоорганических соединений кадмия.

Нагрев подложки для разложения металлоорганических соединений кадмия с последующим осаждением металлического кадмия только на горячую поверхность металла.

Нагрев подложки до 130-180°С может служить источником автокаталитических реакций продуктов разложения металлооргз- нического соединения приводящие к разрыхлению покрытия.

Едва заметное отклонение от строгого установленного интервала температуры может привести к существенным изменениям структуры покрытия.

Не одинаковые условия формирования первоначальной и последующих слоев покрытия. Строгое значение темпеоатуры подложки определяет только структуру первоначального слоя, а последующие слои осаждаются на уже готовые слои покрываемого металла.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, упрощение процесса, повышение качества.

Ј

ч

Q О

уменьшение энергозатрат использованием энергии рекомбинации атомов водорода на поверхности хлорида кадмия, управление физико-химическими свойствами получаемых покрытий.

Согласно изобретению указанная цель достигается путем взаимодействия атомов водорода с хлоридом кадмия с последующим восстановлением его по следующей схеме:

I.CdCl2 + 2H - CdCl2(aicmB.)+ Н2+ 104 Ккал/моль

II.СЬС12(актив.) + ЗН (газ) +2НС1(газ) I.CdH(ra3) + 1/2H2

на подл, покрытие

Генерация атомарного водорода осуществляется в электрическом разряде на высокочастотной плазмохимической установке: мощностью 700 Ватт, при непрерывной подаче молекулярного водорода между двумя электродами в кварцевой трубке с внутренним диаметром 7,8 мм.

Один из электродов подсоединен к фидеру высокочастотного генератора ЛГД-12, а второй заземлен. Очистка водорода осуществляется путем пропускания его через нагретый никеливый капиляр. Бомбардируемый хлорид кадмия в количестве до 2 грамм загружается на подложку. Предварительно система откачивается до остаточного давления 10-2 Торр и после промывки водородом устанавливается проточное давление водорода 1-2 Тор. Время эксперимента регулируется в зависимости от нужной нам толщины.покрытия.

Сущность изобретения заключается в том, что при непрерывной бомбардировке хлорида кадмия атомарным водородом на поверхности обрабатываемого материала происходит две стадии гетерогенной химической реакции с образованием молекулярного водорода при рекомбинации атомов водорода с выделением 104 Ккал/моль энергии, которая расходуется на расшатывание связи Cd-CI и одновременно происходит взаимодействие хлорида кадмия с другими атомами водорода с образованием, летучего гидрида кадмия и хлористого водорода. Поскольку система работает в проточном режиме, хлористый водород откачивается и нейтрализуется в ловушках, представляющих собой стеклянный сосуд с твердой щелочью.

Гидрид кадмия охлаждается на охлаждаемой до подложке и далее при отогреве подложки до 50°С разлагается по механизму III (стр. 2),

ИК-спектры образцов, полученных нами на подложке для нанесения покрытий, снятые на спектрофотометре UR-20 показали, полосы поглощения в области 1400- 1450 см , которые нами отнесены к колебаниям Cd-H связи. Из литературных данных (Краснов К.С., Тимошин B.C. и др. Молёкулярные постоянные неорганических соединений. Л.: Химия, 1968, с.48) известно, что теоретически рассчитанная по модели жестких осциляторов полоса поглощения Cd-H колебаний лежит в области 1400-1430 .

Таким образом можно утверждать, что формирование кадмиевых покрытий осуществляется через разложение гидрида кадмия.

Пример 21. Аналогичен примерам 1-20.

d,°A 250 310 350 400 460 R, кОм 210 180 160 100 75

Пример 22. Аналогичен примерам

1-21. Температура подложки 20°С. Толщина покрытия 310 А , сопротивление кадмиевого покрытиг 280 кОм.

П р v м е р 23. Аналогичен примерам 1-22. Температура подложки 40°С. Толщина

покрытия 310 А сопротивление кадмиевого покрытия 180 кОм.

Пример 24. Аналогичен примерам 1-23. Толщина покрытия 300 А. Температура подложки 20°С. Формируется кадмиевое

покрытие с искаженной кубической структурой. Параметр решетки увеличен,

Пример 25. Аналогичен 1-24. Толщина покрытий 300 А, температура подложки 40°С. Формируется четкая кубическая

структура с параметрами решетки соответствующей кадмию.

Пример 26, Мощность вкладываемая в разряд 700 Ватт. Концентрация атомов водорода 3- 1016 1/см3. При каждом акте

рекомбинации хлоридом кадмия поглощается 104 Ккал/моль энергии.

После каждого цикла экспериментов наряду с ИК-спектроскопическими исследованиями проводились рентгенофазовый

анализ полученных нами покрытий на приборе ДРОН-1,5 на излучение СиК2 с длинной волны Я 1,5418 А. Результаты анализ указывает на образование новых фаз, с кубической структурой.

Предлагаемый способ выгодно отличается от известного, поскольку в качестве исходного материала используется не токсичный, дешевый и удобный в обращении хлорид кадмия.

Нанесение металлических покрытий через их гидридную фазу позволяет путем управляемого разложения гидридов регулировать свойства и структуру покрытий,

К существенным преимуществам предлагаемого способа относится уменьшение удельных энергозатрат за счет использования рекомбинационной энергии атомов водорода (104 Ккал/моль) на поверхности материалов, подлежащих восстановлению. Управление физико-химическими свойствами получаемых покрытий по предлагаемому способу можно достигать также изменение давления водорода в реакторе.

Формула изобретения Способ нанесения покрытий водородным восстановлением хлоридов металлов, преимущественно хлорида кадмия на подложке из металла, керамики или полимера, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергозатрат и обеспечения возможности управления физико-химическими свойствами покрытий, восстановлению подвергают твердый хлорид кадмия, размещенный на вспомогательной подложке, имеющей комнатную температуру, при использовании для восстановления атомарного водорода при давлении 1-2 торр, генерируемого в плазме электрического разряда с последующим образованием гидрида кадмия на рабочей подложке с температурой 10°С гидрида кадмия и его разложением

при нагреве рабочей подложки до 50°С.

Использование: для нанесения кадмиевых покрытий пр л создании деталей и конструкций на основе высокопрочных сталей и в полупроводниковой технике, Сущность изобретения: для формирования кадмиевых покрытий сначала подвергают восстановлению атомарным водородом при давлении 1-2 торр, генерируемом в плазме электрического разряда, твердый хлорид кадмия, размещенный на вспомогательной подложке, с последующим образованием на рабочей подложке, имеющей температуру 10°С, гидрида кадмия и его разложения до металлического кадмия при подъеме температуры подложки до 50е °С.