Способ осаждения тугоплавких металлов Советский патент 1980 года по МПК C23C11/02 

(54) СПОСОБ ОСАЖДЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ

1

Изобретение относится к осаждению .металлов из газовой фазы, в частности тугоплавких мета.гшов, и может быть использовано в машиностроении, металлургии, электронике и других областях техники при изготовлении нагревателей, деталей машин и изделий спокрытиями различного назначения.

Извес-тен способ получения туго- . плавких покрытий путем .пропускания газовой смеси фторида металла и водорода вдоль нагретой поверхности подложки 1.

Однако получаемые покрытия имеют столбчатую структуру и недостаточно высокую прочность.

Наиболее близок к предложенному способ осаждения тугоплавких металлов, например вольфрама, осуществляе мый путем пропускания газовой смеси фторида металла и водорода вдоль нагретой поверхности подложки, предусматривающий изменение параметров процесса. Процесс начинают при 700Ю&О С и содержа.нии фторида металлав газовой смеси 30-60 мол.%, через 1-10 мин температуру снижают до 400-600С, содержание фторида вольфрама до 5-25 мол.% 2.

Однако плотные, столбчатые покрытия, получаемые по известному способу, также обладают недостаточно высокой прочностью, которая понижается в процессе последующей термообработки.

Целью изобретения является повышение прочности осадков и сохранение ее в области высоких температур.

Для достижения поставленной цели процесс ведут при циклическом изменении температуры подложки или содержания фторида металла в газовой смеси с периодом 0,3-2 ч в интервале ±5-25% относительно средних значений определяемых из соотношения

ФТ

(05,

(-t-)

где Ыф - содержание фторида в смеси, мол.%;

t - тёмператур а подложки, С; t - минимальная температура образования дендритных, осадков металла,С. Газовую смесь фторида металла и водорода пропускают вдоль нагретой поверхности подложки. Цифровые значения для выбора сред них значений изменяемых параметров процесса определены из условий перехода от дендритных осадков к плотньом Для эффективного зарождения дендритов по всей поверхности осаждения необходимо поддерживать ее температуру по крайней мере на 50° выше минимальной температуры образования дендритных осадков, которая равна для вольфрама мрлибдена 750°; ниобия 1100°; тантала 1200. Однако упрочнение осадков за счет модификации их структуры не может быть достигнуто при температурах, пр вышающих температуру собирательной р кристаллизации металла, которая для молибдена и ниобия превышает 1300, а для тантала более 1500°. Максималь ная температура осаждения вольфрама ЭОО.С, выше которой образуется порош кообразный металл в объеме газовой смеси. При минимальной температуре или максимальном содержании фторида в газовой смеси образуются плотные осадки со столбчатой структурой, ав области максимальной температуры или минимального содержания фторида в газовой смеси осаждаются дендритны осадки. Зародыши дендритов при после дующем снижении температуры или повы шении содержания фторида в газовой смеси не мешают формированию плотных осадков, но столбчатость осадков нар шается, в результате чего образуются осадки с зернами, имеющими отношение высоты к ширине менее 2. Процесс начинают в условиях образования плотных осадков, затем переводят . процесс в область образования дендритных осадков, затем снова в область образования плотных осадков и.т.д. в течение всего процесса .независимо от его продолжительности. Заканчивается он в условиях образова ния плотных осадков. Минимальное количество изменений условий процесса должно предусматривать получение плотного, дендритного и снова плотного осадков. Длительный период осаж дения дендритных осадков при форииро вании слоя толщиной более 0,1 мм при водит к образованию пористых некачественных осадков, а длительный период образования плотных осадков до толщины более 0,2-0,3 мм снижает их прочность. Указанный период цикличности(О,3- 2 ч) обусловлен скоростью осаждений металла и при ее значении ,1 мм/ч составляет 2 ч. Использование меньших скоростей, следовательно больших периодов, нецелесообразно ввиду низкой производительности процесса, а использование скоростей осаждения бо лее 0,7 мм/ч, при которой период равен 0,3 ч, нецелесообразно из-за сни жения полноты использования реагенто Скорость изменения параметров процесса в пределах выбранного периода цикличности не оказывает какого-либо существенного влияния йа процесс. Однако для вольфрама не рекомендуется изменение температуры подложки со скоростью более 100°/мин. Переход от формирования дендритных осадков .к плотным для каждой температуры происходит при определенной концентрации фторида металла в газовой смеси. Поэтому изменение условий осаждения осуществляется как путем изменения температуры, так и концентрации фторида в газовой смеси. Изменение температ-уры более чем на 25% нецелесообразно, так как процесс попадает в область рекристаллизации покрытий или в область, где дендритные осадки не образуются. Например, для вольфрама циклические изменения температуры более чем на 25% приводят к растрескиваниюосажденного слоя. При использовании соотношений со значениями ниже минимальных формирование осадков происходит преимущественно в дендритной области и приводит к получению пористых некачественных осадков, а при использовании соотношений более максимальных формируются столбчатые осадки и эффект упрочнения исчезает. Осаждение вольфрама рекомендуется проводить при 450-900° и выборе средних значений из соотношения Й-1,400 7 осаждение молибдена при 800-1300 и условии 15-105, ( ) осаждение ниобия при 1150-1300 условии 7, Vt-tcMfV осаждение тантала при 125(-1500 условии Использование рекомендованных условий циклического изменения параметров процесса осаждения приводит к получению осадков без явно выраженной столбчатости и повышению их прочности (см. таблицу). Испытанию на растяжение подвергают образцы толщиной 1-1,5 мм, полученные на подложке из молибдена, после ее удаления. Образцы из вольфрама испытывают также при 1700 и 2000.

Как видно из данных таблицы, ис- . пользование предложенного способа позволяет повысить предел прочности получаемых покрытий в 1,2-1,5 раза. При этом эффект упрочнения, например дЛя вольфрама, сохраняется вплоть

до 2000°С.Формула изобретения

Способ осаждения тугоплавких металлов путем пропускания газовой-смеси фторида металла и водорода вдоль нагретой поверхности подложки при изменении параметров процесса, о т л и чающийс я тем, что с целью повышения прочности осадков и сохранени ее в области высоких температур, процесс осуществляют при циклическом изменении температуры подложки или содержания фторида металла в газовой смеси с периодом 0,3-2 ч в интервале ±5-25% относительно средних значений, определяемых из соотношения

,

(t-)

где N - содержание фторида в смеси

мол,%;

t - температура подложки,-С; t - мингтмальная температура образования дендритных осадков металла,с. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 457757, кл. С 23 С 11/02, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР № 570658, кл. С 23 С 11/02, 1977.