Способ получения покрытия из поли- @ -ксилилена Советский патент 1993 года по МПК B05D1/04 

Изобретение относится к процессам переработки полимеров, а именно к способам переработки поли-п-ксилилена.

Цель изобретения -стабилизация зажигания и горения разряда, повышение механической прочности, снижение тангенса угла диэлектрических потерь покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения полимерных покрытий, включающем распыление полимера излучением лазера на углекислом газе, возбуждение электрического разряда в среде продуктов распыления и осаждение их на поверхность твердого тела, перед началом распыления в камеру вводят вспомогательный плазмообразующий газ до достижения давления 1,4...20 Па, после чего зажигают электрический разряд в пространстве между мишенью и покрываемой поверхностью, а ЛПК распыляют, поддерживая давление в указанных пределах и силу тока разряда I в пределах, связанных со средней мощностью лазерного излучения РСр и площадью кратера распыления S эмпирическим соотношением

00

N0 О 00 VI

Vsf/Pct - 0.6...4.5 мкА м/Вт.

Включение тлеющего разряда до начаа распыления обеспечивает условия актиации конденсируемой фракции продуктов азерного распыления ППК на всех стадиях процесса, поэтому в покрытии отсутствует слабый слой. Указанные границы давления вспомогательного газа и эмпирического параметра обеспечивают оптимальную степень активации и скорость нанесения покрытия, что в совокупности позволяет получать покрытия с наибольшей скоростью при требуемой прочности. Использование писанных операций в заданной последоваельности при поддержании технологичеких параметров в указанных режимах ранее известно не было.

Нижний предел давления газа выбран из условия надежного зажигания и устойчивого (равномерного, без искрения) горения разряда в среде газа с минимальным потенциалом зажигания. Верхний предел давления в камере выбран исходя из обеспечения требуемого качества покрытия (при превышении его покрытие становится матовым из-за осаждения сконденсированных в объеме крупных пылевидных частиц). Диапазон изменения эмпирического параметра I Vs/Pcp определен по получению требуемой прочности покрытия.

В качестве вспомогательного плазмооб- разующего газа может использоваться инертный газ, например аргон, который не включается в состав покрытия, или химически активный газ, молекула которого (или часть ее, или отдельный атом) после активации в плазме включается в химическую структуру покрытия. При этом могут изменяться самые различные свойства покрытий.

Для дополнительного снижения тангенса угла диэлектрических потерь в качестве вспомогательного плазмообразующего газа используют тетрафторэтмяен. Одновременно оказалось, что введение тетрафторзтилена существенно понижает потенциал зажигания тлеющего разряда по сравнению с аргоном и другими газами и стабилизирует сам электрический разряд по сравнению с разрядом в аргоне (стабилизируется ток, исчезает искренне на электродах, вызывающее броски тока).

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

1Тр и м е р 1. Формировали вторичные покрытия на металлических подложках путем воздействия на свободные пленки поли- п-ксилилена излучением лазера на углекислом газе типа ЛГ-22 в вакуумной ка0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

мере. Для возбуждения тлеющего разряда между мишенью и покрываемым образцом устанавливали два кольцевых электрода диаметром 40 мм на расстоянии 50 мм, на которые подавали постоянное или переменное (частотой 35 кГц) напряжение 2...4 кВ(на холостом ходу). Откачивали камеру до давления 3 мПа. после чего клапан откачки перекрывали и напускали вспомогательный газ до давления 1,4... 20Па. После зажигания разряда устанавливали силу тока в соответствии с параметром I -Vs/Pcp 0,6...4,5 мкА м/Вт и подавали распыляющий лазерный луч на мишень. В процессе распыления давление поддерживали в указанных пределах путем изменения проходного сечения откачки с помощью клапана при Фиксированном расходе вспомогательного плазмообразующего газа. При формировании покрытий без использования вспомогательного газа (по способу-прототипу) распыление лазерным лучом начинали сразу после перекрывания клапана и вели до достижения давления, при котором загорался тлеющий разряд (4...20 Па). После этого сохраняли установившийся режим распыления, а дав- ление поддерживали в указанных пределах путем изменения проходного сечения откачки клапаном.

Параметр I /5/рср изменяли путем изменения тока разряда и мощности лазера для двух значений площади кратера распыления (сечение луча изменяли путем введения диафрагмы).

В сформированных покрытиях определяли тангенс угла диэлектрических потерь, краевой угол смачивания поверхности дистиллированной водой и прочность покрытий, которую характеризовали показателем, равным отношению минимальной нормальной нагрузки на индентор, при которой происходит сдвиг покрытия с подложки, к ширине рабочей части индентора.

Режимы нанесения покрытий и результаты испытаний приведены в табл. 1 и 2.

Результаты испытаний показывают, что предлагаемый способ обеспечивает существенно более высокую прочность покрытий (опыты 2-6 в табл. 1 и 2). При этом введение вспомогательного газа перед началом распыления весьма существенно. Введение его после начала распыления и зажигания разряда приводит к формированию покрытий с показателем прочности значительно меньшим, чем по предлагаемому способу. Границы диапазона оптимальных значений давления газа определяются с одной стороны возможностью зажигания разряда (нижняя граница) - 1,4 Па для тетрафторэтилена, а с другой - давлением. при котором снижается качество покрытий (верхняя граница) - 20 Па. Превышение этого значения приводит к формиро- ванию матовых покрытий, имеющих видимую при 25-кратном увеличении зернистую структуру и пониженную механическую прочность. Диапазон оптимальных значений эмпирического параметра I vs/pcp определен по критерию снижения механической прочности при выходе этого параметра за указанные пределы.

Применение в качестве вспомогательного газа тетрафторэтилена приводит к снижению тангенса угла диэлектрических потерь покрытий в сравнении как со способом-прототипом, так и по сравнению с использованием в качестве вспомогательного плазмообразующего газа аргона. Кроме того, применение тетрафторэтидена расширяет диапазон рабочих давлений (снижает нижний предел с 4 до 1.4 Па)и обеспечивает стабильное горение разряда (без колебаний и бросков тока).

Формула изобретения Способ получения покрытия из поли-п- ксилилена, включающий воздействие на по- ли-п-ксилилен в вакууме излучением

СО-лазера, возбуждение тлеющего разряда в среде продуктов распыления и осаждение их на твердых поверхностях, отличающийся тем, что, с целью стабилизации зажигания и горения разряда, повышения механической прочности и снижения тангенса угла диэлектрических потерь покрытия, перед началом распыления в камеру вводят вспомогательный плазмообразующий газ - тетрафторэтилен или аргон до достижения

давления 1,4-20 Па, после чего зажигают тлеющий разряд в пространстве между мишенью и покрываемой поверхностью и распыляют полимер, поддерживая давление в указанных пределах и силу тока I в пределах, связанных со средней мощностью лазерного излучения РСр и площадью кратера распыления S эмпирическим соотношением

f VS/PCP -0,645мкА М/Вт.

Сущность изобретения: на пленки на основе поли-п-ксилилена в вакууме воздействуют излучением СО-лазера, затем возбуждают тлеющий разряд в среде продуктов распыления ; причем перед началом распыления в камеру вводят вспомогательный плазмообразующий газ, например аргон или тетрафторэтияен, до достижения давления 1,4...20 Па. После этого зажигают тлеющий разряд в пространстве между мишенью и покрываемой поверхностью и распыляют полимер, поддерживая давление в указанных пределах силу тока I в пределах, связанных со средней мощностью лазерного излучения Рср и площадью кратера распыления S эмпирическим соотношением j Vjf/Pcp (0.6...4,5) мкА м/Вт, продукты распыления осаждаются на твердых поверхностях. 2 табл. ч Ё

Дополнительный газ - аргон

Примечание. 1) Начальное давление газа в камере - в момент включения лазера, рабочее - в заданном установившемся режиме нанесения покрытия.

2) При давлении ниже 4 Па разряд не зажигается.

3) Соответствием критерию улучшение механической прочности считали повышение ее в 2,5 раза по сравнению с прототипом.

Таблица 1

Дополнительный газ - тетрафторэтилен

Примечание. 1) При давлении ниже 1,4 Па разряд не зажигается.

2) Соответствием критерию снижение tg 5 считали понижение-его на 1/3 по сравнению с прототипом,-V

Таблица 2