CN114769089A - 一种采用pecvd涂层敷形保护的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气相沉积技术领域，具体涉及一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，先在被保护样品表面沉积一层催化剂，再注入反应气体，通过界面反应获得所需要的沉积涂层。可以提高敷形涂层的沉积效率，由过去的60min缩短致10min以内。而且通过SEM观察，可以发现表面差异不大。

Description

一种采用PECVD涂层敷形保护的方法
技术领域
本发明涉及气相沉积技术领域，具体涉及一种采用PECVD涂层敷形保护的方法。
背景技术
目前，金属表面敷形保护主要采用喷涂氟碳、有机硅、丙烯酸、聚氨酯等水性或溶剂型涂料进行敷形等防护。这些方法或多或少都存在一些问题：性能不稳定；涂层制备精度控制难度大，涂层采用喷涂或浸渍涂敷工艺厚度通常在40-70um，厚度一致性差，无法实现厚度精密控制；对周围环境有一定影响等等。
等离子体增强化学气相沉积(简称PECVD)引入了等离子体对前驱体气体分子的激励过程，使前驱体分子处于较高能级，便于在较温和的条件下，发生沉积及成膜反应，反应温和，对环境友好，是作为金属材料表面敷形防护的最佳选择之一。本发明采用PECVD技术，利用氟碳材料作为前驱体材料，在金属表面实现沉积聚合，可以获得均匀一致的氟碳保护涂层，实现敷形保护的目的。
目前，PECVD的气相沉积大多数还处于实验研究阶段，均是采用氟碳气体为材料源进行沉积反应，虽然可以形成氟碳沉积膜层，但也存在一些缺陷如沉积效率低。由于保护膜层必须在被保护面形成完整的膜层方能起到作用，而在PECVD气相沉积成膜过程中，由于PECVD为等离子引发自由基反应，因此在反应过程中，处于气态的分子之间也会发生聚合反应，这部分反应物沉积在被保护表面将不能形成连续膜层，因此不能提供保护，而只有在界面聚合的反应所生成的聚合物才能实现敷形保护目的，因此总体而言效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，解决现有技术中由于PECVD为等离子引发自由基反应，因此在反应过程中，处于气态的分子之间也会发生聚合反应，这部分反应物沉积在被保护表面将不能形成连续膜层等技术问题。
本发明公开了一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，包括以下步骤，先在被保护样品表面沉积一层催化剂，再注入反应气体，通过界面反应获得所需要的沉积涂层。
进一步的，所述催化剂为路易斯酸。
进一步的，所述方法还包括以下步骤，
S1,配置催化剂；
S2,将催化剂涂布在被保护金属表面，真空干燥后待用；
S3,将被保护金属样品置于真空等离子腔室中，抽真空；
S4,通入氩气100sccm后放电1min进行清洗，并重复操作一次；
S5,通入沉积气体，进行沉积反应，最后停止注入沉积气体，关闭真空，放气后取出样品，完成沉积。
进一步的，所述催化剂配置方法为将AlCl3溶于水中，配置成100ppm的溶液。
进一步的，所述步骤S3中将真空抽至1.4*101Pa。
进一步的，所述步骤S4中输入电压为148V，输入电流为0.5A。
进一步的，所述步骤S5中沉积气体为六氟丙烷、乙烷和苯乙烯蒸汽。
进一步的，所述六氟丙烷流量为40sccm，乙烷流量为20sccm，苯乙烯蒸汽流量为10sccm。
进一步的，所述步骤S5中放电反应10min,输入电压为148V，输入电流为0.5A。
一种路易斯酸的应用，在气相沉积反应中作为催化剂。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
1.采用本发明，可以提高敷形涂层的沉积效率，由过去的60min缩短致10min以内。而且通过SEM观察，可以发现表面差异不大。
2.将苯乙烯汽化后注入反应腔室中以提供反应组分。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为本发明实施例1的SEM图；
图2为本发明对比例1的SEM图；
图3为本发明技术方案不同沉积时间下样品的水接触角变化。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
实施例1
一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，包括以下步骤，
S1,将AlCl3溶于水中，配置成100ppm的溶液；
S2,将AlCl3溶液作为催化剂涂布在被保护金属表面，真空干燥后待用；
S3,将被保护金属样品置于真空等离子腔室中，抽真空至1.4*101Pa；
S4,通入氩气100sccm后放电1min进行清洗，输入电压为148V，输入电流为0.5A。并重复操作一次；
S5,通入流量40sccm的六氟丙烷，流量20sccm乙烷以及流量10sccm苯乙烯蒸汽，放电反应10min,输入电压为148V，输入电流为0.5A。停止注入气体，关闭真空，放气后取出样品，完成沉积。
根据等离子增强反应原理，含氟气体和烷烃气体将生成氟代烷烃，并且再路易斯酸的催化下和苯乙烯形成芳香族氟代烷烃聚合物。由于路易斯酸催化剂仅附着再被沉积的金属表面，因此该反应将优在表面进行，这样可以在被保护表面形成有效的保护层。
根据等离子增强反应机理，在不同的阶段其反应形式有所差别，在真空腔室中，其气态部分反应为可逆反应，其反应原理主要由如(1)-(6)所示，但由于等离子增强反应的复杂性，伴随还有更多的反应形式存在，而在界面处，由于催化剂的存在，在等离子增强反应中，其反应过程不可逆，公式(7)展示了其中之一的可能性，同样由于等离子增强反应的复杂性，伴随还有更多的反应形式存在。
(1).
Figure BDA0003613541670000041
(2).
Figure BDA0003613541670000042
(3).
Figure BDA0003613541670000043
(4).
Figure BDA0003613541670000044
(5).
Figure BDA0003613541670000045
(6).
Figure BDA0003613541670000051
(7).
Figure BDA0003613541670000052
注：n，m为等于或大于0的整数。
实施例2
作为本申请的另一实施例在实施例1的基础上，改变仅为沉积时间为6min。
实施例3
作为本申请的另一实施例在实施例1的基础上，改变仅为沉积时间为8min。
实施例4
作为本申请的另一实施例在实施例1的基础上，改变仅为沉积时间为12min。
实施例5
作为本申请的另一实施例在实施例1的基础上，改变仅为沉积时间为14min。
对比例1
作为对比例，本技术方案在实施例1的基础上改变仅为无催化剂。
对比例2
作为对比例，本技术方案在实施例1的基础上改变仅为无催化剂，沉积时间为30min。
对比例3
作为对比例，本技术方案在实施例1的基础上改变仅为无催化剂，沉积时间为60min。
表1.无催化剂条件下不同沉积时间对水接触角的影响
Figure BDA0003613541670000061
表2.有催化剂条件下不同沉积时间对水接触角的影响
Figure BDA0003613541670000062
水接触角的测试按照GB/T 30693-2014规定进行。
水接触角可以表征水对材料的浸润程度，水接触角越大，表明越难浸润，因此通过测试涂层的水接触角，可以间接反映涂层对基材的保护效果。表1和表2分别为没有催化剂和有催化剂存在条件下沉积时间与水接触角之间的关系，可以看出，没有催化剂存在条件下，需要沉积60min水接触角才能达到110度以上，而有催化剂存在条件下，仅需6min就能达到110度以上，说明有催化剂存在可以大幅度提高反应效率，加快聚合物涂层形成。
以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (10)

1.一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，其特征在于，包括以下步骤，先在被保护样品表面沉积一层催化剂，再注入反应气体，通过界面反应获得所需要的沉积涂层。
2.根据权利要求1所述的一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，其特征在于：所述催化剂为路易斯酸。
3.根据权利要求3所述的一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，其特征在于：所述催化剂配置方法为将AlCl3溶于水中，配置成100ppm的溶液。
4.根据权利要求1所述的一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤，
S1,配置催化剂；
S2,将催化剂涂布在被保护金属表面，真空干燥后待用；
S3,将被保护金属样品置于真空等离子腔室中，抽真空；
S4,通入惰性气体后放电进行清洗，并重复操作一次；
S5,通入沉积气体，进行沉积反应，最后停止注入沉积气体，关闭真空，放气后取出样品，完成沉积。
5.根据权利要求4所述的一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，其特征在于：所述步骤S3中将真空抽至1.0-2.0*101Pa。
6.根据权利要求4所述的一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，其特征在于：所述步骤S4中输入电压为145-155V，输入电流为0.3-0.8A。
7.根据权利要求4所述的一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，其特征在于：所述步骤S5中沉积气体为六氟丙烷、乙烷和苯乙烯蒸汽。
8.根据权利要求7所述的一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，其特征在于：所述六氟丙烷流量为20-60sccm，乙烷流量为10-30sccm，苯乙烯蒸汽流量为5-20sccm。
9.根据权利要求4所述的一种采用PECVD涂层敷形保护的方法，其特征在于：所述步骤S5中放电反应5-60min,输入电压为145-155V，输入电流为0.3-0.8A。
10.根据权利要求2或3所述的一种路易斯酸的应用，其特征在于：在气相沉积反应中作为催化剂。
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