DE2445564A1

DE2445564A1 - Verfahren zur beschichtung von innenflaechen von hohlkoerpern, insbesondere von rohren

Info

Publication number: DE2445564A1
Application number: DE19742445564
Authority: DE
Inventors: Konrad Dr Rer Nat Hieber
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-09-24
Filing date: 1974-09-24
Publication date: 1976-04-01

Description

Verfahren zur Beschichtung von Innenflächen von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren.
Bei chemischen Analyseverfahren, z.B. bei der Gas-Chromatographie, werden Hohlkörper, insbesondere Rohre, mit sehr korrosionsbeständigen Innenwandungen benötigt. Man verwendet beispielsweise Rohre aus Tantal. Deren Herstellung ist jedoch verhältnismäßig schwierig und mit einem außerordentlich hohen KOstenauSwand verbunden.
Wünschenswert ist es, wenn man derartige Rohre beispielsweise aus V2A- oder V4A-StShl herstellen könnte, und wenn diese Rohre dann innen mit Tantal beschichtet würden. Dies war bislang jedoch nicht-möglich, da sich Tantal galvanisch nicht abschaden läßt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem Innenwandungen von lIohlkörpere, insbesondere von Rohren, auch mit galvanisch nicht abscheidbaren Substanzen beschichtet werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Aufgelöst, welches erfindungsgemäß entsprechend den Kennzeichen des Patentanspruches 1 ausgebildet ist.
Bei der Erfindung dient also ein CVD-Verfahren (chemical vapor deposition) zur Beschichtung der Innenflächen. Bei einem OVD-Verfahren werden mindestens zwei gas- oder dampfförmige Reaktanten in einen evakuierten Reaktionsaum eingegeben, wobei üich auf einem im allgemeinen beheizten Substrat ein chemisches Reaktionsprodukt der Reaktanten niedersihlägt.
Um eine ungleichmäßige Schichtdicke zu vermeiden, diese könnte dadurch entstehen, daß in der Nühe der Öffnung des Hohlkörper3, z.B. in der Nähe des Rohrendes, eine verstärkte Abscheidung stattfindet, wird der Hohlkörper zonenweise erhitzt. Damit erfolgt eine Abscheidung nur innerhalb der erhitzten Zone. Bei Hohlkörpern aus elektrisch leitenden Materialien kann die zonenweise Erhitzung mittels einer Induktionsspule erfolgen, bei Hohlkörpern aus nicht leitenden Materialien beispielsweise mittels eines Ringbrenners oder eines Ringgebläses.
Im folgenden werden Ausführungsbeisiele der Erfindung anhand der Figur erläutert.
In der Figur ist dargestellt, wie ein Metallrohr 1 gemäß der Erfindung mit Tantal beschichtet werden kann. Tantal wird gemäß der folgenden Reaktion niedergeschlagen: Die Reaktizistemperatur muB dabei über 60O0C liegen. Da Tantalchlorid (TaCl5) an Luft nicht beständig ist, wird es zuvor im Vakuum von ca. 10 ' Torr in Ampullen gefüllt, die anschließend zugeschmolzen werden. Die Ahfüllmenge beträgt pro Ampulle ca. 1 bis 3 Gramm.
In der Figur wird nun das zu beschichtende Rohr mit zwei Flanschen 31 32 vakuumdicht verbunden und evakuiert. Die Vakuumpumpe ist nicht dargestellt, die Pumprichtung ist durch Pfeile 10, 11 angedeutet. über den Flansch 31 kann Wasserstoff in das Rohr 1 eingefüllt werden. Innerhalb dieses Flansches befindet sich eine Ampulle 33 mit antalchlorldO Diese Ampulle kann, z.B. mittels eines Magneten 34, zerstört werden, so daß Tantalchlorid vom Wasserstoffstrom in das Rohr 1 befördert wird, d.h. der lYasserstoffstrom stellt oinen Trägergasstrom dar.
Vor Zerstörung der Ampulle wird das Rohr 1 auf ca. 10-5 Torr evakuiert. Dann wird das Rohr mit Wasserstoff geflutet, bis sich ein Druck von ca. 400 Torr einstellt, im Flansch 31 ist der Wasserstoffdruck höher, z.B. 780 Torr. Durch den geringen Unterdruck im Rohr 1, bzw. im Flansch 32, erreicht man einen hinreichend gleichmäßigen Wasserstoffstrom durch das Rohr 1.
Jetzt wird die Ampulle zerstört, damit wird Tantalohlorid durch das Rohr 1 gesaugt. Mittels einer Heizung, æ.B. ein Heizband, kann das Tantalchlorid vorgeheizt werden. Mittels der beweglichen Induktionsspule 5, die an eine entsprechende Wechselspannungsquelle unschließbar ist, kann das Rohr 1 zonenweise auf ca. 6000C bis 80000 erhitzt werden. Damit schlägt sich nun auf den Rohrinnenwänden Tantal im Bereiche der erhitzten Zone nieder. Wird das Tantalchlorid mittels der Heizung 36 auf ca. 12000 erhitzt, so scheidet sich bei einer Strömung des Wasserstoffstromes von ca. 1 l/min bei einem Rohrdurchmesser von ca. 1,5 mm in ca. 3 Minuten eine Tantalschicht mit einer Dicke von ca. 100 nm ab.
In der Figur ist das zu beschichtende Rohr 1 in einem elektrisch nicht leitenden B5antelrohr 4, das z.B. aus Quarzglas besteht, angeordnet. Durch dieses Mantelrohr kann über zwei Öffnungen ein Schutzgas, z.B. Argon oder Stickstoff, geleitet werden, dadurch wird ein Oxidieren der Außenflächen des Rohres 1 auf Grund der hohen Abscheidetemperaturen verhindert. Der Schutzgasstrom ist durch die Pfei.le 41, 42 angedeutet.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es vorteilhafterweise auch die Beschichtung der Rohrinnenwande bei sehr engen Rohren, z.B. ist auch die Innenbeschichtung von Kapillaren mit einem Innendurchmesser von-0,1 mm leicht möglich.
Vorteilhafterweise wird mit dem Verfahren der Erfindung eine sehr gut haftende, dichte Tantalschicht sehr gleichmäßiger Dicke erreicht.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung können vorteilhafterweise auch andere Beschichtungen hergestelLt werden, z.B. Nickel-, Kupfer-, Uitan-, tIolybdan- und Wolframschichten, aber auch Karbid-, Nitrid- und Oxidschichten. Diese Oberflächen werden durch Zersetzung von Metall-Aetylacetonaten, Carbonylen und Halogeniden hergestellt. Auch in diesen Fällen wird durch das zonenweise Erhitzen des zu beschichtenden Hohlkörpers eine Beschichtung sehr gleichmäßiger Dicke erreicht.
Beispielsweise können die folgenden Reaktionen ausgenutzt werden.
Der jeweils auf der linken Seite der Reaktionsgleichungen zuerst genannte Stoff befindet sich dabei in der Ampulle 33. Der senkrechte Pfeil # hinter einem Element bzw. einer Verbindung bedeutet, daß dieser Stoff auf dem Hohlkörper abgeschieden wird.
2 ist jeweils die Abscheidetemperatur, auf die der Hohlkörper zonenweise erhitzt wird.
Co(C5H7O2)2 + Wasserstoff Co # + Aceton + Kohlenwasserstoffe T = 350°C Cr(05X702)2 + Wasserstoff Cr-Karbid # + Aceton + Eohlenwasserstoffe T = 60000 Al(C5H702)2 1- Wasserstoff Al-Oxid # + Acoton + Kohlenwasserstoffe T = 4000C statt Wasserstoff kann hier auch ein Gemisch aus Wasserstoff und Stickstoff verwandt werden.
2 + Wasserstoff + Methan T = 9000C TiC # + HCL ES ist ersichtlich, daß es nur auf die Re@@tivbewegung des zu beschichtenden HohLkörpers gegenüber der Indukti.onsspuSe 5 bzw. gegenüber dem Ringbrenner oder dem Ringgebläse ankommt.
In der Figur ist duch Pfeile symbolisiert, daß die Induktionsspule 5 bewegt wird. Ebenso ist es möglich, das Rohr 1 mit den Planschen 31, 32 gegenüber der Induktionsspule zu bewegen.
4 Patentansprüche 1 Figur

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Beschichtung von Hohlkörpern, insbesondere von Rohren, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein CVD-Verfahren (chemical vapor deposition) angewandt wird, daß die Hohlkörper zonenweise auf eine Abscheidetemperatur erhitzt werden, so daß nur auf den jeweils erhitzten Zonen die Beschichtung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß Metall-Acetylacetonate, Metall-Carbonyle oder Metall-Ilalogenide in einem Trägergasstrom zersetzt werden
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß Innenflächen von Rohren (1) mit Tantal beschichtet werden9 wobei nach Evicuierung dieses Rohres ein Wasserstoffstrom durch das Rohr gesaugt wird, daß diesem Wasserstoffstrom aus einer zerstörbaren Ampulle (33) Tantalchlorid (TaCl5) beigemengt wird, und daß dieses Rohr zonenweise mittels einer Heizung (5) auf eine Abscheidetemperatur T>60000 erhitzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß jeweils Rohrabschnitte von einer Länge zwischen 1 cm -5 cm auf die Abscheidetemperatur erhit-st werden.