Chemická depozice par spalování - Combustion chemical vapor deposition

Chemická depozice par spalování (CCVD) je a chemický proces kterými tenký film jsou naneseny povlaky substráty v otevřené atmosféře.

Dějiny

V 80. letech byly provedeny počáteční pokusy o zlepšení adheze kovoplastových kompozitů v zubní keramice pomocí plamenem pyrolyticky naneseného oxidu křemičitého (SiO2).[1] Proces silicoater odvozený z těchto studií poskytl výchozí bod ve vývoji procesů CCVD. Tento proces byl neustále vyvíjen a nové aplikace pro plamenově pyrolyticky uložený SiO2 vrstvy, kde byly nalezeny. V této době byl pro tyto vrstvy vytvořen název „Pyrosil“. Novější a probíhající studie se zabývají ukládáním dalších materiálů (vide níže).

Zásady a postup

V procesu CCVD se k hořícímu plynu přidává prekurzorová sloučenina, obvykle kov-organická sloučenina nebo sůl kovu. Plamen se pohybuje těsně nad povrchem, který má být potažen. Vysoká energie v plameni přeměňuje prekurzory do vysoce reaktivních meziproduktů, které snadno reagují se substrátem a vytvářejí pevně přilnavou vrstvu. The mikrostruktura a tloušťku nanesené vrstvy lze regulovat proměnlivými parametry procesu, jako je rychlost substrátu nebo plamen, počet průchodů, teplota substrátu a vzdálenost mezi plamenem a substrátem. CCVD může vyrábět povlaky s orientací od preferovaných po epitaxiální a může vytvářet konformní vrstvy o tloušťce menší než 10 nm. Technika CCVD je tedy skutečným procesem depozice par pro výrobu tenkých filmových povlaků.[2] [3] Proces potahování CCVD má schopnost ukládání tenké filmy v otevřené atmosféře[4] použití levných prekurzorových chemikálií v řešení vedoucím k nepřetržité výrobě na výrobní lince. Nevyžaduje ošetření po uložení, např. žíhání. Potenciál propustnosti je vysoký. Povlaky lze nanášet při podstatných teplotách, například alfa-alumna se nanáší na Ni-20Cr při teplotách mezi 1050 a 1125 ° C.[5] Revizní článek z roku 1999 shrnuje různé oxidové povlaky, které byly dosud uloženy, které zahrnovaly Al2O3, Cr2O3, SiO2, CeO2, některé oxidy spinelu (MgAl2O4, NiAl2O4) a ytriom stabilizovaný oxid zirkoničitý (YSZ).[6]

Dálkové spalování chemického napařování (r-CCVD)

Tzv. Vzdálené spalování chemické depozice par je novou variantou klasického procesu CCVD. Rovněž používá plameny k nanášení tenkých vrstev, avšak tato metoda je založena na jiných mechanismech chemické reakce a nabízí další schopnosti pro nanášení vrstevních systémů, které nejsou pomocí CCVD proveditelné, např. oxid titaničitý.

Aplikace

Typické aplikace pro vrstvy uložené CCVD
Materiál vrstvyaplikace
SiO2- Vrstvy oxidu křemičitého jsou nejčastěji nanášené vrstvy. Čerstvě nanesené vrstvy jsou vysoce reaktivní a mohou tak sloužit jako vrstvy podporující adhezi pro polymerní potahy a lepení. Adheze může být dále zlepšena aplikací dalších promotorů adheze na bázi silanu, jako jsou glymo (glycidoxypropyltrimethoxysilan).
- úprava optických vlastností (např. Vylepšení přenosu)
- bariérové ​​vrstvy proti plynům jako O2 (např. jako ochranná vrstva na slitině)[7] a ionty jako Na+
WOX, MoOX- chromogenní materiály v „inteligentních oknech“
ZnO- polovodič
- součást v transparentní vodivé oxidy (TCO), jako je oxid zinečnatý dopovaný hliníkem (AZO)
ZrO2- vrstva chránící před mechanickým poškozením (např. Oděrem, poškrábáním)
SnO2- složka v různých transparentních vodivých oxidech, jako je např cínem dopovaný oxid india (ITO) a oxidem cínu dopovaným fluorem (FTO)
TiO2- fotokatalytické vrstvy
Ag- dobrá elektrická vodivost
- tepelné ochranné sklo
- antibakteriální povlaky
Al2Ó3- ochrana proti korozi slitin, jako je Ni-20Cr,[8] ochrana proti korozi skla.[9]

Výhody a nevýhody

  • Cenově efektivní, částečně proto, že žádná zařízení pro generování a údržbu a vakuum jsou potřeba
  • Flexibilní použití díky různým implementacím
  • Méně vrstev materiálů ve srovnání s některými nízkotlakými metodami, omezeno především na oxidy. Výjimkou jsou některé drahé kovy, jako je stříbro, zlato a platina
  • Omezeno na vrstvové materiály, pro které jsou k dispozici vhodné prekurzory, to však platí pro většinu kovů

Viz také

Reference

  1. ^ Janda, R; Roulet, J. F .; Wulf, M; Tiller, H. J. (2003). „Nová technologie lepení pro celokeramiku“. Zubní materiály. 19 (6): 567–73. doi:10.1016 / s0109-5641 (02) 00106-9. PMID  12837406.
  2. ^ USA 4620988 Garschke, Adelheid; Hans-Jürgen Tiller a Roland Gobel a kol., „Zařízení pro nanášení plamenovou hydrolýzou, zejména pro zubní protézy“, vydaný v roce 1986 
  3. ^ USA 5652021, Hunt, Andrew; Joe Cochran a William Brent Carter, „Compostion Chemical Vapor Deposition of film and coating“, vydaný v roce 1997 
  4. ^ USA 6013318, Hunt, Andrew; Joe Cochran a William Brent Carter, „Metoda pro depozici filmů a povlaků chemickými parami“, vydaná v roce 2000 
  5. ^ Kumar, Siva; Kelekanjeri, G .; Carter, W.B .; Hampikian, J.M. (2006). "Depozice alfa-oxidu hlinitého prostřednictvím chemického depozice par při spalování". Tenké pevné filmy. 515 (4): 1905–1911. Bibcode:2006TSF ... 515.1905K. doi:10.1016 / j.tsf.2006.07.033.
  6. ^ Hampikian, J.M .; Carter, W.B. (1999). "Chemická depozice par spalování vysokoteplotních materiálů". Věda o materiálech a inženýrství A. 267 (1): 7–18. doi:10.1016 / S0921-5093 (99) 00067-2.
  7. ^ Valek, B.C .; Hampikian, J. M. (1997). „Tenké vrstvy oxidu křemičitého aplikované na slitinu Ni-20Cr prostřednictvím depozice par chemickými látkami spalování“. Technologie povrchů a povlaků. 94-95: 13–20. doi:10.1016 / S0257-8972 (97) 00469-6.
  8. ^ Hendrick, M.R .; Hampikian, J.M .; Carter, W.B. (1998). „Spalování CVD-Applied Alumina Coatings and their Effects on the Oxidation of the Ni-Base Chromia Former“. Journal of the Electrochemical Society. 145 (11): 3986–3994. doi:10.1149/1.1838903.
  9. ^ Kuhn, S., Linke, R. a Hädrich, T. (2010). "Úprava povrchu horkého skla s oxidem hlinitým spalováním CVD". Technologie povrchů a povlaků. 205 (7): 2091–2096. doi:10.1016 / j.surfcoat.2010.08.096.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)