14.Свойства и применение покрытий, полученных методом хтр.

Области применения: Метализация углеродных волокон и тканей для композиционных материалов; Металлизация порошков алмаза, эльбора и других порошков; Тугоплавкие защитные покрытия; Антидиффузионные барьерные слои, в частности, холодильников; Метализация нетермостойких мат-в (пластмасс); Восстановления изношенных деталей и их упрочнение.

9. Основы нанесения покрытий методом ХТР. Основные стадии процесса: Методом ХТР осаждают покрытия вольфрама, Мо, ниобия и других тугоплавких металлов, которые получить другими методами невозможно или очень трудно. Суть метода: В качестве исходного материала используются легколетучие химические соединения, например, галогениды металлов. Эти соединения испаряются, переносятся через газовую фазу, осаждаются на поверхности с последующим восстановлением или разложением при температуре значительно ниже температуры плавления металла (при 100…700 0С). В результате на поверхности образ-ся твердое вещество (металл), которое и образует покрытие. 1)Реакция разложения (или диссоциации): MeГп(пар) Ме(тв) +nГ(газ) . Здесь Г–галоген. 2)Реакция восстановления (с водородом): MeГп(пар) n/2Н₂ Ме(тв) +nHГ(газ)

3)Реакция диспропорционирования (изменение валентности): n/mМеГп(пар) (n/m-1)Ме(тв) +МеГm(газ) . Иногда используют одновременно протекающие реакции, например, диссоциации и восстановления.

Стадии: 1)Подготовка технологического в-ва – перевод в-ва в газовую фазу и его очистка; 2)Подача газообразных реагирующих компонентов к поверхности изделия; 3)Адсорбция на пов-ти реагирующих компонентов; 4)Протекание хим. реакций на пов-ти; 5) Десорбция газообразных продуктов реакции.

Покрытия методом ХТР осуществляется преимущественно в прямоточных реакторах, в которых размещают нагретую до температуры Т₂ деталь и к ее поверхности подают пары химических соединений и газ-носитель (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема осаждения покрытия методом ХТР в прямоточном реакторе

При данной схеме осаждения происходит непрерывное удаление продуктов реакции из зоны осаждения, что способствует повышению качества формирующегося покрытия.

В общем случае толщина покрытия, скорость его роста зависят от значения температуры Т₂, общего давления в системе и парциального давления химических соединений, скорости продува реактора. Реакции осаждения покрытия могут протекать как в кинетическом, так и в диффузионном режимах. При реализации кинетического режима выход продукта определяется скоростью протекания химических процессов, зависит от энергии активации соответствующей химической реакции. При диффузионном режиме скорость реакции определяется скоростью подвода реагирующих компонентов.

К числу основных параметров, влияющих на скорость роста покрытия, следует отнести скорость подачи продуктов реакции. При повышении скорости подачи у поверхности подложки повышается давление паров, что вызывает увеличение плотности зародышей. В свою очередь это определяет образование сплошного слоя при его меньшей эффективной толщине. При этом формируются покрытия с более дисперсной структурой.

Существенное влияние на структуру и скорость роста покрытий оказывают адсорбированные на подложке газовые слои, которые изменяют значение энергии адсорбции, условия зародышеобразования и диффузию выделяющихся атомов металла. Свойства и структура покрытий зависят и от их толщины. Очень важной проблемой при нанесении покрытий методом ХТР является обеспечение необходимой прочности адгезионного соединения. С целью ее повышения, снижения внутренних механических напряжений при осаждении покрытий методом ХТР используют следующие технологические приемы.

1) Проводят тщательную многостадийную предварительную подготовку поверхности. На первом этапе осуществляют механическую очистку поверхности. Затем с целью удаления оксидных слоев проводят химическое и электрохимическое травление. В ряде случаев высокая адгезия достигается при применении ионной обработки, УЗ-очистки и других методов поверхностной обработки. Наиболее эффективным методом удаления оксидов является восстановление металлов в результате прогрева детали в среде сухого водорода.

2) Формируют промежуточные адгезионно-активные слои.

3) Осуществляют термообработку покрытия. При нагреве интенсифицируются диффузионные процессы, в итоге образуются переходные слои, которые способствуют повышению адгезионной прочности.