RU2065508C1 - Method for application of carbon protective coating - Google Patents
Method for application of carbon protective coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2065508C1 RU2065508C1 SU4530051A RU2065508C1 RU 2065508 C1 RU2065508 C1 RU 2065508C1 SU 4530051 A SU4530051 A SU 4530051A RU 2065508 C1 RU2065508 C1 RU 2065508C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diamond
- thickness
- carbon
- film
- application
- Prior art date
Links
Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области нанесения защитных покрытий на металлические и неметаллические поверхности. The invention relates to the field of applying protective coatings on metallic and non-metallic surfaces.
Предлагаемая область наиболее вероятного использования технологическая обработка поверхностей деталей и узлов технических систем, работающих в условиях коррозионно-активной среды. The proposed area of the most likely use is the technological surface treatment of parts and components of technical systems operating in a corrosive environment.
Традиционные способы антикоррозионной защиты поверхности твердого тела заключается в нанесении коррозионностойких газо- и влагонепроницаемых защитных покрытий из металлов или диэлектриков. Такие защитные покрытия должны удовлетворять одновременно нескольким требованиям, а именно обладать высокой химической и термической стойкостью, механической прочностью. The traditional methods of corrosion protection of a solid surface is the application of corrosion-resistant gas- and moisture-proof protective coatings of metals or dielectrics. Such protective coatings must satisfy several requirements at the same time, namely, have high chemical and thermal resistance, mechanical strength.
Всем этим условиям удовлетворяют углеродные алмазоподобные поликристаллические защитные пленки [1,2] образующие при осаждении ионов углерода (полученных, например, при разложении газообразных углеводородов в электрическом разряде) на защищаемую поверхность. All these conditions are satisfied by carbon diamond-like polycrystalline protective films [1, 2] forming during the deposition of carbon ions (obtained, for example, by decomposition of gaseous hydrocarbons in an electric discharge) on a protected surface.
Признаки аналогов, совпадающие с заявляемым способом:
очистка поверхности перед нанесением покрытия;
нанесение углеродного поликристаллического защитного покрытия.Signs of analogues that match the claimed method:
surface cleaning before coating;
applying a carbon polycrystalline protective coating.
Главный недостаток аналогов невозможность нанесения алмазоподобных углеродных пленок на материалы с кристаллическими решетками некубической симметрии [1] что не позволяет достичь требуемого технического результата. The main disadvantage of the analogues is the impossibility of applying diamond-like carbon films to materials with crystal lattices of non-cubic symmetry [1] which does not allow achieving the required technical result.
Наиболее близким к заявляемому способу является способ нанесения защитных покрытий (а. с. СССР N 314528, МКИ C 23 C 16/04, рассекречено до грифа "несекретно" 01.04.92, исх. в/ч 51105 от 13.06.92 г. N 1100), в котором подложка сначала очищается каким-либо способом (например, ионным травлением), затем на подложку наносят подслой, изоструктурный алмазу, толщиной 10-20 нм, после чего наносят углеродную алмазоподобную пленку путем разложения несимметричных углеводородов в поле СВЧ-разряда на частоте резонансного поглощения водородов до получения пленки толщиной более 100 нм. Closest to the claimed method is a method of applying a protective coating (a. From. USSR N 314528, MKI C 23 C 16/04, declassified to the bar "unclassified" 04/01/92, original military unit 51105 from 06/13/92 N 1100), in which the substrate is first cleaned in some way (for example, by ion etching), then a sublayer isostructural to the diamond with a thickness of 10-20 nm is applied to the substrate, after which a carbon diamond-like film is deposited by decomposing asymmetric hydrocarbons in the microwave discharge field into the frequency of resonant absorption of hydrogen to obtain a film with a thickness of more than 100 n .
Признаки способа-прототипа, совпадающие с заявляемым способом:
очистка защищаемой поверхности (например, ионным травлением);
нанесение подслоя, изоструктурного алмазу, толщиной более 10 нм;
нанесение углеродной алмазоподобной поликристаллической защитной пленки толщиной более 100 нм.The signs of the prototype method that match the inventive method:
cleaning the surface to be protected (e.g., ion etching);
applying a sublayer, isostructural diamond, a thickness of more than 10 nm;
applying a carbon diamond-like polycrystalline protective film with a thickness of more than 100 nm.
Основным недостатком данного способа является то, что он пригоден не для всех типов защищаемых изделий, поскольку среди них могут оказаться детали и радиокомпоненты, выходящие из строя в поле СВЧ-разряда (например, полевые транзисторы). The main disadvantage of this method is that it is not suitable for all types of protected products, since they may include parts and radio components that fail in the microwave discharge field (for example, field effect transistors).
Другой недостаток прототипа состоит в том, что использование несимметричных углеводородов с большим дипольным моментом в качестве углеводородного сырья для получения защитного покрытия за счет разложения в поле СВЧ-разряда на резонансной частоте требует жесткого контроля за параметрами технологического процесса нанесения углеродной пленки. Another disadvantage of the prototype is that the use of asymmetric hydrocarbons with a large dipole moment as a hydrocarbon feedstock to obtain a protective coating due to decomposition in the microwave discharge field at a resonant frequency requires tight control over the parameters of the carbon film deposition process.
Третий существенный недостаток способа-прототипа заключается в том, что толщина переходного слоя между изоструктурным алмазу подслоем и алмазоподобной пленкой сравнительно невелика (1-2 нм), что заметно ухудшает адгезию защитной пленки, ведет к снижению термической стойкости и механической прочности защитного покрытия, т.е. не позволяет достичь требуемого технического результата. The third significant disadvantage of the prototype method is that the thickness of the transition layer between the isostructural diamond sublayer and diamond-like film is relatively small (1-2 nm), which noticeably worsens the adhesion of the protective film, leads to a decrease in thermal resistance and mechanical strength of the protective coating, t. e. does not allow to achieve the required technical result.
Предлагаемый способ нанесения углеродного защитного покрытия позволяет решить задачу антикоррозионной защиты поверхности, придания ей антифрикционных и гидрофобных свойств. Основной технический результат, который может быть получен при реализации предлагаемого способа, заключается в улучшении адгезии защитного покрытия, повышении его термической стойкости и механической прочности. The proposed method of applying a carbon protective coating allows us to solve the problem of corrosion protection of the surface, giving it antifriction and hydrophobic properties. The main technical result that can be obtained by implementing the proposed method is to improve the adhesion of the protective coating, increase its thermal resistance and mechanical strength.
Сущность предлагаемого способа заключена в совокупности следующих операций:
очистка защищаемой поверхности;
нанесение на защищаемую поверхность изоструктурного алмазу подслоя толщиной более 10 нм;
одновременное с нанесением изоструктурного алмазу подслоя (по достижении им толщины более 10 нм) нанесение углеродной алмазоподобной поликристаллической пленки до образования переходного слоя смешанного состава толщиной более 10 нм;
прекращение нанесения подслоя и непрерывное продолжение нанесения алмазоподобной углеродной поликристаллической пленки до образования защитного покрытия толщиной более 100 нм.The essence of the proposed method lies in the combination of the following operations:
cleaning the surface to be protected;
applying a sublayer with a thickness of more than 10 nm to the protected surface of isostructural diamond;
simultaneous application of a sublayer isostructural to diamond (when it reaches a thickness of more than 10 nm), the application of a carbon diamond-like polycrystalline film to form a transition layer of mixed composition with a thickness of more than 10 nm;
termination of the deposition of the sublayer and continuous continuation of the deposition of diamond-like carbon polycrystalline film until a protective coating with a thickness of more than 100 nm is formed.
Признак, отличающийся от прототипа:
одновременное с нанесением изоструктурного алмазу подслоя (по достижении им толщины более 10 нм) нанесение углеродной алмазоподобной поликристаллической пленки до образования переходного слоя смешанного состава толщиной более 10 нм.Sign different from prototype:
simultaneous with the application of a sublayer isostructural to diamond (when it reaches a thickness of more than 10 nm), the application of a carbon diamond-like polycrystalline film to form a transition layer of mixed composition with a thickness of more than 10 nm.
Выполнение этой операции при реализации предлагаемого способа позволяет, по сравнению с прототипом, улучшить адгезию покрытия к защищаемой поверхности, повысить его термомеханические характеристики и добиться получения требуемого технического результата. Performing this operation when implementing the proposed method allows, in comparison with the prototype, to improve the adhesion of the coating to the surface to be protected, to increase its thermomechanical characteristics and to achieve the desired technical result.
Остановимся более подробно на содержательной части операций предлагаемого способа. Очистка поверхности означает удаление поверхностных загрязнений и переходных слоев, возникающих в результате взаимодействия защищаемой поверхности с окружающей средой. Макроскопические поверхностные загрязнения могут быть удалены с помощью химических растворителей или ультразвуковой очистки. Приповерхностные слои с нарушенной кристаллической структурой могут быть удалены, например, электроннолучевым или ионным травлением поверхности. Операция травления проводится в вакуумной камере, в этой же камере будет осуществляться нанесение переходного слоя смешанного состава и углеродной алмазоподобной пленки. Let us dwell in more detail on the substantive part of the operations of the proposed method. Surface cleaning means the removal of surface contaminants and transition layers resulting from the interaction of the protected surface with the environment. Macroscopic surface contamination can be removed using chemical solvents or ultrasonic cleaning. The surface layers with a broken crystal structure can be removed, for example, by electron beam or ion etching of the surface. The etching operation is carried out in a vacuum chamber, in the same chamber the transition layer of a mixed composition and a carbon diamond-like film will be applied.
Верхний и нижний пределы толщины переходного слоя выбираются, исходя из требований минимизации влияния параметров кристаллической решетки исходного материала на соответствующие параметры промежуточного слоя, с одной стороны, и минимальности толщины промежуточного слоя, с другой стороны. The upper and lower limits of the thickness of the transition layer are selected based on the requirements of minimizing the influence of the crystal lattice parameters of the starting material on the corresponding parameters of the intermediate layer, on the one hand, and the minimum thickness of the intermediate layer, on the other hand.
Тонкая пленка, выращиваемая на поверхности твердых тел, имеет сильно деформированную кристаллическую решетку, причем этот эффект наблюдается на толщинах 10-20 периодов решетки, т.е. ≈ 5-10 нм. При дальнейшем росте пленки ее структура совпадает с кристаллической структурой макрообразца из вещества этой пленки. По данным [3] соответствующие пределы лежат в диапазоне 10-20 нм. Тонкопленочные слои с переменным составом по толщине используются при изготовлении полупроводниковых лазеров на гетероструктурных [4] при этом наряду с основным техническим результатом, заключающимся в создании определенного пространственного распределения легирующих добавок, достигается и побочный технический результат повышается термическая прочность гетероструктуры по сравнению с лазером, имеющим явно выраженные межслоевые границы. Следует учесть, что даже в вакууме ≈ 10-3 10-4 Торр происходит достаточно быстрое ( τ ≈ 1c) загрязнение поверхности различными веществами, пары которых присутствуют в вакуумном объеме, что приводит к ухудшению адгезионных характеристик и снижению термомеханической прочности наносимой пленки.A thin film grown on the surface of solids has a strongly deformed crystal lattice, and this effect is observed at thicknesses of 10–20 lattice periods, i.e. ≈ 5-10 nm. With further growth of the film, its structure coincides with the crystalline structure of the macro sample from the material of this film. According to [3], the corresponding limits lie in the range of 10–20 nm. Thin film layers with a variable thickness composition are used in the manufacture of heterostructured semiconductor lasers [4], along with the main technical result, which is to create a certain spatial distribution of dopants, a side technical result is increased thermal stability of the heterostructure compared to a laser that has a clearly pronounced interlayer boundaries. It should be noted that even in a vacuum of ≈ 10 -3 10 -4 Torr, a rather fast (τ ≈ 1c) contamination of the surface by various substances occurs, vapors of which are present in the vacuum volume, which leads to a deterioration in the adhesion characteristics and a decrease in the thermomechanical strength of the applied film.
Защищаемую деталь помещают в вакуумную камеру с системой электродов, откачивают воздух до p ≈ 10-4 10-5 Торр, напускают углекислоту CO2 (p ≈ 10-3 10-4 Торр), инициируют и поддерживают постоянный тлеющий разряд в течение 15-20 мин для очистки защищаемой поверхности от загрязнений, затем вновь откачивают камеру и напускают силан SiH4 (p ≈ 10-3 10-4 Торр), инициируют и поддерживают постоянный тлеющий разряд в течение 5-10 мин до образования подслоя кремния толщиной ≈ 10 нм. Затем начинают откачку вакуумного объема и одновременный напуск газовой смеси C2H2 CO2 (50-50%об.), газовый разряд поддерживают в течение всего процесса откачки силана из вакуумной камеры. При этом образуется переходной слой смешанного состава Si-C. Увеличение давления смеси C2H2-CO2 до 10-3 Торр приведет к уменьшению содержания Si в защитном слое до уровня < 0,1% процесс роста углеродной защитной пленки происходит непрерывно до образования слоя толщиной более 100 нм.Protected item is placed in a vacuum chamber with a system of electrodes is evacuated to p ≈ 10 -4 to 10 -5 Torr, carbon dioxide let in CO 2 (p ≈ 10 -3 10 -4 Torr), and initiate a glow discharge is maintained constant for 15-20 min to clean the surface to be protected from contamination, then the chamber is again pumped out and SiH 4 silane is poured (p ≈ 10 -3 10 -4 Torr), a constant glow discharge is initiated and maintained for 5-10 min until a silicon sublayer with a thickness of ≈ 10 nm is formed. Then, the vacuum volume is pumped out and the C 2 H 2 CO 2 gas mixture is simultaneously poured (50-50% vol.), The gas discharge is maintained during the entire process of pumping silane from the vacuum chamber. In this case, a transition layer of a mixed Si – C composition is formed. An increase in the pressure of the C 2 H 2 —CO 2 mixture to 10 −3 Torr will lead to a decrease in the Si content in the protective layer to a level of <0.1%; the growth of the carbon protective film occurs continuously until a layer is formed with a thickness of more than 100 nm.
Параметры пленок, полученных в постоянном тлеющем разряде, приведены в [2] (p ≈ 1010-1012 Ом х см; пленки сохраняют стабильность и целостность покрытия в вакууме до 500oС, на воздухе до 400oС; устойчивы к воздействию кислот и органических растворителей; твердость по Кнупу 1200-3000 кГ/мм2).The parameters of films obtained in a constant glow discharge are given in [2] (p ≈ 10 10 -10 12 Ohm x cm; films retain stability and integrity of the coating in vacuum up to 500 o С, in air up to 400 o С; resistant to acids and organic solvents; Knoop hardness of 1200-3000 kg / mm 2 ).
Таким образом, непрерывность процессов нанесения изоструктурного подслоя, подслоя смешанного состава и основного защитного слоя позволяет исключить адсорбцию примесных веществ на ростовой поверхности, что повышает адгезионные, термомеханические характеристики покрытия и обеспечивает достижение требуемого технического результата. Thus, the continuity of the processes of applying the isostructural sublayer, the mixed-layer sublayer and the main protective layer eliminates the adsorption of impurity substances on the growth surface, which increases the adhesive, thermomechanical characteristics of the coating and ensures the achievement of the required technical result.
Л И Т Е Р А Т У Р А
[1] Zheng H. N. Mori T. Namba Y. J.Vac.Soc.Jap. 1983, V.26, N 7, P. 622-627.L AND T E R A T U R A
[1] Zheng HN Mori T. Namba YJVac.Soc.Jap. 1983, V.26, N 7, P. 622-627.
[2] Nir D. Kalich R. Lewin G. Thin Solid Films 1984, V. 117, N 2, P. 125-130. [2] Nir D. Kalich R. Lewin G. Thin Solid Films 1984, V. 117, N 2, P. 125-130.
[3] Технология тонких пленок, т. 2 (Спр. под ред. Л.Майселла, Р.Глэнга М. "Сoв. радио", 1977, 768 с. [3] Technology of thin films, vol. 2 (Ref. Edited by L. Meisell, R. Glanga M. "Co. Radio", 1977, 768 p.
[4] Звелто О. Принципы лазеров. М. Мир, 1984, 395 с. [4] Zvelto O. Principles of Lasers. M. Mir, 1984, 395 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4530051 RU2065508C1 (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Method for application of carbon protective coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4530051 RU2065508C1 (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Method for application of carbon protective coating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2065508C1 true RU2065508C1 (en) | 1996-08-20 |
Family
ID=21406907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4530051 RU2065508C1 (en) | 1990-04-27 | 1990-04-27 | Method for application of carbon protective coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2065508C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2591826C2 (en) * | 2014-09-17 | 2016-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Удмуртский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "УдГУ") | Method of applying corrosion-resistant carbon coating on steel surface |
-
1990
- 1990-04-27 RU SU4530051 patent/RU2065508C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Zheng H.T., Mori T., Namba Y,J. Vac Soc. Jap. 1983, v. 26, N 7, р.622 - 627. Nir D., Kalish R., Lewin G. Thin Solid Films 1984, v 117, N 2, р.125- 130. Авторское свидетельтсво СССР N 314528,кл. С 23 С 16/04, 1980. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2591826C2 (en) * | 2014-09-17 | 2016-07-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Удмуртский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "УдГУ") | Method of applying corrosion-resistant carbon coating on steel surface |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4572841A (en) | Low temperature method of deposition silicon dioxide | |
| JP4987717B2 (en) | Substrate with coating and method for preparing the same | |
| Kester et al. | Deposition and characterization of boron nitride thin films | |
| US5211995A (en) | Method of protecting an organic surface by deposition of an inorganic refractory coating thereon | |
| EP0985741A1 (en) | Modulated plasma glow discharge treatments for making super hydrophobic substrates | |
| EP0048542A2 (en) | Coating infra red transparent semiconductor material | |
| JPH07142416A (en) | Plasma chemical vapor deposition method of layer with improved interface | |
| US5431963A (en) | Method for adhering diamondlike carbon to a substrate | |
| WO1995018460A1 (en) | Thin film formation method | |
| EP0617142A1 (en) | Preparation of silica thin films | |
| EP1035568A1 (en) | Method of plasma processing | |
| US5206060A (en) | Process and device for the deposition of thin layers and product made thereby | |
| RU2065508C1 (en) | Method for application of carbon protective coating | |
| US4320716A (en) | Ultra-high frequency device for depositing thin films on solids | |
| JPS61295371A (en) | Production of aluminum material having aluminum nitride layer | |
| JP3529466B2 (en) | Thin film formation method | |
| RU2048607C1 (en) | Protection coating application method | |
| US5840427A (en) | Method for making corrosion resistant electrical components | |
| US8030219B1 (en) | Dielectric coatings and use in capacitors | |
| US5869390A (en) | Method for forming electrode on diamond for electronic devices | |
| US5643637A (en) | Method of grading the electric field of an electrode | |
| JP2002115061A (en) | Method for manufacturing diamond-like carbon film | |
| US6649224B1 (en) | Method for applying a coating to a substrate | |
| JPH01246115A (en) | Method for forming coating film of carbon or material composed mainly of carbon | |
| US5753379A (en) | Protective coatings for optical components |