RU2340550C2 - Method of obtaining film coating with properties of carbon glass and installation for method realisation - Google Patents
Method of obtaining film coating with properties of carbon glass and installation for method realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340550C2 RU2340550C2 RU2006137057/15A RU2006137057A RU2340550C2 RU 2340550 C2 RU2340550 C2 RU 2340550C2 RU 2006137057/15 A RU2006137057/15 A RU 2006137057/15A RU 2006137057 A RU2006137057 A RU 2006137057A RU 2340550 C2 RU2340550 C2 RU 2340550C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carbon
- sample
- graphite
- pressure
- inert gas
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Surface Treatment Of Glass (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технической физике высоких температур, в частности к области химической технологии получения графитовых нанопленок, имеющих структуру, сходную со структурой углеродного стекла (стеклоуглерода).The invention relates to the technical physics of high temperatures, in particular to the field of chemical technology for producing graphite nanofilms having a structure similar to that of carbon glass (glassy carbon).
На практике изделия из стеклоуглерода применяются в качестве технологической оснастки, используемой в высокотемпературных процессах в бескислородной атмосфере, в том числе в особо агрессивных средах. Стеклоуглерод получают путем карбонизации отформованных изделий из термореактивных полимеров в вакууме или инертной атмосфере. Стеклоуглерод - углеродный материал, отличающийся высокой прочностью и практически газонепроницаемый. Кроме того, он химически инертен, особенно в восстановительной атмосфере. Стеклоуглерод хрупок, обладает почти бездефектной внешней поверхностью, чем напоминает неорганическое стекло. Стеклоуглерод - продукт термической переработки сетчатых полимеров, в первую очередь фенолформальдегидной смолы, а также целлюлозы. Это вещества, структура которых не содержит графитоподобных элементов, но включает большое количество связей С-O и изолированных циклов. Рентгенография стеклоуглерода показывает, что размеры образующихся турбостратных кристаллитов крайне малы, и очень велика доля аморфного углерода, атомы которого находятся в sp, sp2 и sp3 состояниях. Структура стеклоуглерода представляет собой клубок беспорядочно переплетенных углеродных лент, состоящих из микрокристаллитов, сшитых углеродными связями различной кратности (А.С.Фиалков Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. М., Аспект Пресс, 1997, с.464-505 - глава книги посвящена стеклоуглероду, получаемому промышленными методами в виде объемного материала).In practice, glassy carbon products are used as tooling used in high-temperature processes in an oxygen-free atmosphere, including in particularly aggressive environments. Glassy carbon is obtained by carbonizing molded products from thermosetting polymers in a vacuum or inert atmosphere. Glassy carbon is a carbon material characterized by high strength and practically gas-tight. In addition, it is chemically inert, especially in a reducing atmosphere. Glassy carbon is brittle, has an almost defect-free outer surface, which resembles inorganic glass. Glassy carbon is a product of thermal processing of cross-linked polymers, primarily phenol-formaldehyde resin, as well as cellulose. These are substances whose structure does not contain graphite-like elements, but includes a large number of CO bonds and isolated cycles. X-ray diffraction of glassy carbon shows that the sizes of the resulting turbostratic crystallites are extremely small, and the proportion of amorphous carbon, whose atoms are in sp, sp 2 and sp 3 states, is very large. The structure of glassy carbon is a ball of randomly interwoven carbon ribbons consisting of microcrystallites crosslinked by carbon bonds of various multiples (A.S. Fialkov Carbon, interlayer compounds and composites based on it. M., Aspect Press, 1997, pp. 644-505 - chapter The book is devoted to glassy carbon obtained by industrial methods in the form of bulk material).
Стеклоуглерод в настоящее время получают исключительно в результате термической обработки сетчатых полимеров в виде объемных изделий. Однако с появлением нанотехнологий важным становится не только создание изделий из материала со специальными свойствами, но и получение специальных покрытий для обеспечения возможности изделий из иных материалов функционировать в среде, в которой этот материал не может применяться.Glassy carbon is currently obtained solely as a result of heat treatment of cross-linked polymers in the form of bulk products. However, with the advent of nanotechnology, it becomes important not only to create products from a material with special properties, but also to obtain special coatings to enable products from other materials to function in an environment in which this material cannot be used.
Известен способ получения пленочного графитового покрытия, заключающийся в том, что в атмосфере инертного газа с фиксированным давлением, равным или превышающим давление в тройной точке углерода, осуществляют испарение образца высокоориентированного графита в пределах локальной зоны лазерным импульсом, через пластину из кварцевого стекла, установленную с зазором относительно образца, и осаждение пара (Статья «Пути повышения точности измерений при экспериментальном определении температуры плавления графита». Авторы А.Ю.Башарин, М.В.Брыкин, М.Ю.Марин, И.С.Пахомов, С.Ф.Ситников, журнал «Теплофизика высоких температур», 2004, том 42, « 1, стр.1-8).A known method of producing a film graphite coating, which consists in the fact that in an inert gas atmosphere with a fixed pressure equal to or greater than the pressure at the triple point of carbon, a highly oriented graphite sample is vaporized by a laser pulse within a local zone through a quartz glass plate installed with a gap relative to the sample, and vapor deposition (Article "Ways to improve the accuracy of measurements in the experimental determination of the melting point of graphite." Authors A.Yu. Basharin, MVB Rykin, M.Yu. Marin, I.S. Pakhomov, S.F. Sitnikov, Journal of Thermophysics of High Temperatures, 2004, Volume 42, “1, pp. 1-8).
В указанной работе не ставилась задача получения пленочного графитового покрытия со специализированной структурой. В этой работе представлен анализ экспериментальной методики, использующей импульсный лазерный нагрев графитового образца, позволяющей исследовать фазовые превращения в графите. Ее основная особенность - исключение гомогенной конденсации пара углерода над образцом. Установлено, что при скорости нагрева 100-320 МК/с и давлении 15 МПа графит плавится, а жидкий углерод, охлаждаясь со скоростью 1.6 МК/с, кристаллизуется при температуре 4800±100 К и давлении 15 МПа, превышающем давление в тройной точке углерода определенной в (Bundy P.P., Bassett W.A., Weathers M.S., Hemley R.J., Мао H.K. and Goncharov A.F. // The pressure-temperature phase and transformation diagram for carbon; updated through 1994. // Carbon. 1996. V.34. N2. P.141.) как 10.2 МПа. Для предотвращения оптического пробоя в газоконденсатном облаке над образцом в указанной работе применялась кварцевая пластина, установленная с малым зазором относительно образца. Нагрев через такую пластину вызывал плавление образца высокоориентированного графита, в то время как без пластины образец расплавить не удавалось.In this work, the task was not to obtain a film graphite coating with a specialized structure. This paper presents an analysis of an experimental technique using pulsed laser heating of a graphite sample, which allows one to study phase transformations in graphite. Its main feature is the exclusion of homogeneous condensation of carbon vapor over the sample. It was found that at a heating rate of 100-320 MK / s and a pressure of 15 MPa, graphite melts, and liquid carbon, cooling at a speed of 1.6 MK / s, crystallizes at a temperature of 4800 ± 100 K and a pressure of 15 MPa exceeding the pressure at a triple point of carbon defined in (Bundy PP, Bassett WA, Weathers MS, Hemley RJ, Mao HK and Goncharov AF // The pressure-temperature phase and transformation diagram for carbon; updated through 1994. // Carbon. 1996. V.34. N2. P. 141.) as 10.2 MPa. To prevent optical breakdown in a gas condensate cloud above the sample, a quartz plate mounted with a small gap relative to the sample was used in this work. Heating through such a plate caused the melting of a highly oriented graphite sample, while without a plate the sample could not be melted.
Из этого же источника известна установка для получения пленочного покрытия со свойствами углеродного стекла, содержащая размещенный в атмосфере инертного газа образец высокоориентированного графита с размещенной над ним кварцевой пластиной, находящиеся с ними в оптической связи импульсный лазер, а так же пирометр для регистрации температуры жидкого углерода и фотоприемник для регистрации мощности лазерного импульса.From the same source, there is a known installation for producing a film coating with the properties of carbon glass, containing a sample of highly oriented graphite placed in an inert gas atmosphere with a quartz plate placed above it, a pulsed laser in optical communication with them, as well as a pyrometer for recording the temperature of liquid carbon and photodetector for recording the laser pulse power.
Данный источник информации принят в качестве прототипа для обоих заявленных объектов.This source of information is adopted as a prototype for both of the claimed objects.
В экспериментах, которые описаны в статье, принятой в качестве прототипа, пар углерода создавался над локальной зоной расплава и он также вытекал из зазора, образованного образцом и кварцевой пластиной в радиальном направлении, образуя кольцевой поток, и конденсировался за пределами кольцевой зоны. Однако в этом источнике речь идет о получении и измерении температуры расплава, поэтому перегрев жидкого углерода был минимальным или его не было совсем, что позволяло получать осаждение только островкового типа, а не в виде сплошного покрытия, задача получения покрытия не ставилась и ей не придавался технический аспект.In the experiments described in the article adopted as a prototype, carbon vapor was created above the local zone of the melt and it also flowed out of the gap formed by the sample and the quartz plate in the radial direction, forming an annular flow, and condensed outside the annular zone. However, this source deals with the preparation and measurement of the temperature of the melt, therefore, superheating of liquid carbon was minimal or not at all, which allowed to obtain deposition only of the island type, and not in the form of a continuous coating, the task of obtaining the coating was not posed and was not given a technical aspect.
В рамках настоящего изобретения речь идет о получении углерода в виде пленки со структурой, сходной со структурой углеродного стекла (стеклоуглерода). Более конкретно речь идет о напылении пленок лазером на высокоориентированный графит (в англ. транскрипции в англо-язычной версии High oriented pyrographite - HOPG, который получают по технологии термомеханической обработки (ТМО) пирографита при температуре в диапазоне 2700-3600 К с приложением внешнего давления 10-30 МПа).In the framework of the present invention we are talking about getting carbon in the form of a film with a structure similar to the structure of carbon glass (glassy carbon). More specifically, we are talking about laser-sputtering films on highly oriented graphite (in English transcription in the English-language version of High oriented pyrographite - HOPG, which is obtained by thermomechanical processing (TMT) of pyrographite at a temperature in the range of 2700-3600 K with an external pressure of 10 -30 MPa).
Настоящее изобретение решает задачу разработки нового способа, направленного на осаждение направленного потока углеродного пара с параметрами выше параметров тройной точки графит-жидкость-пар по температуре и давлению в сплошное однородное пленочное покрытие со структурой стеклоуглерода.The present invention solves the problem of developing a new method aimed at the deposition of a directed carbon vapor stream with parameters above the parameters of the graphite-liquid-vapor triple point in temperature and pressure into a continuous uniform film coating with a glassy carbon structure.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении сплошности и однородности получаемых по данному способу покрытий со структурой стеклоуглерода.The technical result achieved in this case is to increase the continuity and uniformity of coatings with a glassy carbon structure obtained by this method.
Указанный технический результат для способа достигается тем, что в способе получения пленочного покрытия со свойствами углеродного стекла, заключающемся в том, что в атмосфере инертного газа с фиксированным давлением, превышающем давление в тройной точке углерода, осуществляют испарение образца высокоориентированного графита в пределах локальной зоны лазерным импульсом, через пластину из кварцевого стекла, установленную с зазором относительно образца, и осаждение пара, при образовании жидкого углерода последний перегревают относительно равновесной температуры плавления графита, соответствующей фиксированному давлению, осаждение проводят на части образца примыкающей к локальной зоне, а величину зазора выбирают из диапазона 10-100 мкм.The specified technical result for the method is achieved by the fact that in the method of producing a film coating with the properties of carbon glass, namely, in an inert gas atmosphere with a fixed pressure exceeding the pressure at the triple point of carbon, a highly oriented graphite sample is vaporized with a laser pulse within the local zone , through a quartz glass plate installed with a gap relative to the sample, and vapor deposition, when liquid carbon is formed, the latter is overheated. flax graphite equilibrium melting temperature corresponding to a fixed pressure, the deposition is carried out on the part of the sample adjacent to the local area, and the size of the gap is selected from the range of 10-100 microns.
Указанный технический результат для устройства достигается тем, что установка для получения пленочного покрытия со свойствами углеродного стекла, содержащая размещенный в атмосфере инертного газа образец высокоориентированного графита с размещенной над ним кварцевой пластиной, находящиеся с ними в оптической связи импульсный лазер, а так же пирометр для регистрации температуры жидкого углерода и фотоприемник для регистрации мощности лазерного импульса, снабжена устройством изменения взаимного положения образца и кварцевой пластины.The specified technical result for the device is achieved by the fact that the apparatus for producing a film coating with the properties of carbon glass, containing a sample of highly oriented graphite placed in an inert gas atmosphere with a quartz plate placed above it, are in optical communication with a pulsed laser, as well as a pyrometer for recording temperature of liquid carbon and a photodetector for recording the power of the laser pulse, equipped with a device for changing the relative position of the sample and the quartz face s.
Указанные признаки являются существенными с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are essential with the formation of a stable set of essential features sufficient to obtain the desired technical result.
Настоящее изобретение иллюстрируется конкретным примером, который наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.The present invention is illustrated by a specific example, which clearly demonstrates the possibility of achieving the above set of features of the desired technical result.
На фиг.1 - блок-схема установки для получения пленочного покрытия со свойствами углеродного стекла;Figure 1 - block diagram of the installation for producing a film coating with the properties of carbon glass;
фиг.2 - конструктивная схема рабочего участка;figure 2 - structural diagram of the work area;
фиг.3 - микрофотография локальной зоны и примыкающей к ней зоны осаждения (пар с параметрами выше тройной точки графита);figure 3 is a micrograph of the local zone and the adjacent deposition zone (pairs with parameters above the triple point of graphite);
фиг.4 - то же, что на фиг.3, увеличенный фрагмент ×5;figure 4 is the same as in figure 3, an enlarged fragment × 5;
фиг.5 - микрофотография локальной зоны и примыкающей к ней зоны осаждения (пар с параметрами ниже тройной точки графита);5 is a micrograph of the local zone and adjacent to the deposition zone (pairs with parameters below the triple point of graphite);
фиг.6 - то же, что на фиг.5, увеличенный фрагмент ×5.Fig.6 is the same as in Fig.5, an enlarged fragment × 5.
фиг.7 - спектр комбинационного рассеяния покрытия со свойствами углеродного стекла, показанного на фиг.3, 4.Fig.7 is a Raman spectrum of the coating with the properties of carbon glass shown in Fig.3, 4.
Данное изобретение является результатом исследований по получению высокотемпературных паров углерода над жидким углеродом и их применению для создания новых материалов и покрытий. В результате исследований получен новый метод получения наноструктурированных углеродных покрытий из указанных сред. В частности, покрытия со структурой стеклоуглерода, востребованного в электронике и нанотехнологии.This invention is the result of research to obtain high-temperature carbon vapors over liquid carbon and their application to create new materials and coatings. As a result of research, a new method for producing nanostructured carbon coatings from these media was obtained. In particular, coatings with the structure of glassy carbon, which is in demand in electronics and nanotechnology.
В экспериментальных исследованиях установлено, что в условиях импульсного лазерного нагрева графита в инертных газовых средах с давлением, превышающим давление в тройной точке углерода, достигаются условия локального плавления графита с образованием ванны расплава и его испарения. Согласно современным представлениям такой расплав является бинарным псевдораствором из графитоподобной, алмазоподобной и карбиноподобной жидкостей, причем вблизи тройной точки углерода преобладающими являются графитоподобная и карбиноподобная составляющие раствора (Башарин А.Ю. Бинарная структура жидкого углерода низкой плотности. Препринт № 8-490. ОИВТ РАН, Москва, 2006). Над таким жидким раствором в равновесии существует пар высокого давления с температурой, превышающей 4800 К, состоящий из молекул С1-C7, некоторые из которых имеют линейную структуру. Согласно работе (Leider H.R., Krikorian O.H., Young D.A. Thermodynamic properties of carbon up to the critical point // Carbon. 1973. V.14. P.555) вблизи тройной точки состав пара существенно изменяется. Это может изменять структуру осадка при кристаллизации углеродного пара с указанными характеристиками. В процессе предварительных экспериментов по кристаллизации направленных потоков углеродного пара с параметрами выше тройной точки углерода графит-жидкость-пар установлено появление покрытия на графите, имеющего по данным спектроскопии комбинационного рассеяния структуру, аналогичную структуре стеклоуглерода.In experimental studies, it was found that under the conditions of pulsed laser heating of graphite in inert gas media with a pressure exceeding the pressure at the triple point of carbon, conditions for local melting of graphite with the formation of a molten bath and its evaporation are achieved. According to modern concepts, such a melt is a binary pseudo-solution of graphite-like, diamond-like, and carbin-like liquids, with graphite-like and carbin-like components of the solution prevailing near the triple point of carbon (A.Yu. Basharin. Binary structure of low-density liquid carbon. Preprint No. 8-490. OIVT RAS, Moscow, 2006). Over such a liquid solution, in equilibrium, there is high-pressure steam with a temperature exceeding 4800 K, consisting of C 1 -C 7 molecules, some of which have a linear structure. According to the work (Leider HR, Krikorian OH, Young DA Thermodynamic properties of carbon up to the critical point // Carbon. 1973. V.14. P.555) near the triple point, the composition of the vapor changes significantly. This can change the structure of the precipitate during crystallization of carbon vapor with the specified characteristics. In the course of preliminary experiments on the crystallization of directed carbon vapor flows with parameters above the triple point of carbon graphite-liquid-vapor, the appearance of a coating on graphite was established, which, according to Raman spectroscopy, has a structure similar to that of glassy carbon.
Структура материала полученного покрытия сходна со структурой стеклоуглерода, то есть представляет собой клубок беспорядочно переплетенных углеродных лент, состоящих из микрокристаллитов, сшитых углеродными связями различной кратности.The structure of the material of the resulting coating is similar to the structure of glassy carbon, that is, it is a ball of randomly interwoven carbon ribbons consisting of microcrystallites crosslinked by carbon bonds of various multiplicities.
Таким образом, впервые были сформулированы условия, позволяющие осуществить осаждение пара углерода в виде пленки со структурой, сходной со структурой стеклоуглерода:Thus, for the first time, conditions were formulated to allow the deposition of carbon vapor in the form of a film with a structure similar to the structure of glassy carbon:
- в атмосфере инертного газа необходимо осуществить локальный нагрев высокоориентированного графитового образца лазерным импульсом с такой энергией, которая бы обеспечивала его плавление и испарение жидкого углерода;- in an inert gas atmosphere, it is necessary to carry out local heating of a highly oriented graphite sample with a laser pulse with such energy that would ensure its melting and evaporation of liquid carbon;
- должна быть достигнута температура расплава, превышающая равновесную температуру плавления графита при данном давлении инертного газа для достижения над жидким углеродом давления, избыточного по отношению к давлению инертного газа. Равновесные температуры плавления в зависимости от давления приведены в Musella М., Ronchi С., Brykin М. and Sheindlin M. The molten state of graphite: An experimental study // Journal of Applied Physics, 1998. V.84. P.5;- a melt temperature must be achieved that exceeds the equilibrium melting point of graphite at a given inert gas pressure to achieve a pressure above liquid carbon that is excessive relative to the inert gas pressure. Equilibrium melting temperatures as a function of pressure are given in Musella M., Ronchi C., Brykin M. and Sheindlin M. The molten state of graphite: An experimental study // Journal of Applied Physics, 1998. V.84. P.5;
- необходимо сформировать поток пара, направив его вдоль поверхности образца за пределы расплавленной локальной зоны через зазор величиной 10-100 мкм;- it is necessary to form a steam flow by directing it along the surface of the sample beyond the limits of the molten local zone through a gap of 10-100 μm;
- регуляция скорости потока пара достигается изменением взаимного положения кварцевой пластины и образца. Установлено, что при зазоре менее 10 мкм происходит испарение кварцевой пластины, что приводит к подмешиванию в пар углерода кремнийсодержащих паров, а при зазоре более 100 мкм не удается подавить плазмообразование в газоконденсатном облаке.- regulation of the steam flow rate is achieved by changing the relative position of the quartz plate and the sample. It was found that, with a gap of less than 10 μm, the quartz wafer evaporates, which leads to mixing of silicon-containing vapors into carbon vapor, and with a gap of more than 100 μm, plasma formation in the gas condensate cloud cannot be suppressed.
Для получения покрытий со структурой стеклоуглерода необходимо было решить несколько технологических задач, важнейшая из которых организовать концентрацию и направленное движение пара вдоль подложки, на которую предполагается наносить углеродное покрытие. Это необходимо, поскольку пар, свободно истекающий с поверхности, не направлен и распространяется в полусферу и его концентрация не позволит обеспечить сплошное покрытие. В результате экспериментов было найдено техническое решение, позволившее обеспечить концентрацию пара путем нагрева графита через прозрачную кварцевую пластину, введенную в лазерный тракт и устанавливаемую с небольшим зазором относительно ванны, так что углеродный пар направлялся вдоль поверхности ванны на ее периферию специальным кольцевым соплом, образованным поверхностью ванны и поверхностью пластины, обращенной к ванне.To obtain coatings with a glassy carbon structure, it was necessary to solve several technological problems, the most important of which was to organize the concentration and directional movement of steam along the substrate on which the carbon coating is supposed to be applied. This is necessary because the steam freely flowing from the surface is not directed and spreads into the hemisphere and its concentration will not allow for a continuous coating. As a result of the experiments, a technical solution was found that made it possible to ensure the vapor concentration by heating graphite through a transparent quartz plate inserted into the laser path and installed with a small gap relative to the bath, so that carbon vapor was directed along the surface of the bath to its periphery with a special annular nozzle formed by the bath surface and the surface of the plate facing the bath.
Настоящий способ реализуется на установке для получения пленочного покрытия со свойствами углеродного стекла, представленной на фиг.1, 2.The present method is implemented on the installation for producing a film coating with the properties of carbon glass, shown in figure 1, 2.
Установка включает в себя газостат 1, представляющий камеру, заполненную инертным газом с закрепленным в ней образцом 2. На расстоянии d0 от образца 2 в камере напротив образца установлена кварцевая пластина 3, смонтированная на пружинной прокладке 4 для обеспечения требуемого регулируемого зазора между графитовым образцом и кварцевой пластиной. Кварцевая пластина 3 прижимается к прокладке 4 гайкой 5. В камере закреплено другое кварцевое окно 6 для герметизации объема камеры, на произвольном расстоянии от образца 2. Установка так же снабжена пирометром 8 для регистрации температуры графита, полупрозрачным зеркалом 9, линзой 10 и фотоприемником 11 для регистрации мощности лазерного импульса.The installation includes a
Кварцевая пластина 3 выполняет функцию сопла и в то же время пропускает лазерный импульс для обеспечения локального испарения образца 2. Полупрозрачное зеркало 9 установлено под углом к пластине 3 для приема исходящего из лазера перпендикулярно поверхности пластины импульса и направления его через линзу 10 в сторону образца. А приемная часть пирометра 8 расположена на линии, совпадающей с направлением входа лазерного импульса в графит и проходящей через полупрозрачное зеркало 9.The
На данной установке получение пленочного покрытия со структурой стеклоуглерода осуществлялось следующим образом и при следующих условиях.At this installation, a film coating with a glassy carbon structure was prepared as follows and under the following conditions.
Лазерный импульс с длиной волны 1,06 мкм, длительностью 0,7 мс, плотностью мощности W=5-10 кВт/см2 кратковременно экспонировал центр поверхности образца графита размерами 10×10×1,5 мм3, создавая ванну расплава диаметром ~1-6 мм. В процессе экспонирования контролировались временные диаграммы яркостной температуры образца Tbr и относительной плотности мощности W лазерного импульса фотоприемником ФД-24К. Для этого образец 2 устанавливался в сборке (фиг.2), фиксировавшей между собой элементы таким образом, что между образцом 2 и кварцевой пластиной 3 оставался зазор do. Величина зазора регулировалась пружинной прокладкой 4, на которую нажимала гайка 5 для плавного изменения d0. Пружинная прокладка 4 выполнена разрезной для обеспечения свободного доступа гелия к образцу, а весь объем камеры герметизировался окном 6.A laser pulse with a wavelength of 1.06 μm, a duration of 0.7 ms, and a power density W = 5-10 kW / cm 2 briefly exposed the center of the surface of a graphite sample with dimensions of 10 × 10 × 1.5 mm 3 , creating a melt bath with a diameter of ~ 1 -6 mm. During exposure, the time diagrams of the brightness temperature of the sample T br and the relative power density W of the laser pulse by the FD-24K photodetector were monitored. For this,
Сборка устанавливалась в газостате 1. Требуемое давление гелия создавалось мембранным компрессором фирмы Nowa Swiss, рассчитанным на давление 100 МПа. Экспонирование образца 2 лазером 7 и визирование яркостным пирометром 8 на длине волны λ=0,65 мкм производилось по идентичным оптическим путям, проходящим через полупрозрачное зеркало 9 и линзу 10, как показано на фиг.1.The assembly was installed in
В процессе нагрева создавалась ванна расплава, которая испарялась и формировала поток пара. Пар упирался в кварцевую пластинку 3 и разворачивался, двигаясь вдоль пластинки к периферии ванны. Осаждаясь за пределами границы локальной зоны отмеченной стрелкой на фиг.3. Определение структуры покрытия методом спектроскопии комбинационного рассеяния по F, D, G линиям показало, что его структура сходна со структурой объемного стеклоуглерода марки СУ-2000 (фиг.7).During heating, a molten bath was created, which evaporated and formed a vapor stream. The steam rested against the
Существенные признаки заявленного изобретения - это необходимость избыточного давления над жидким углеродом за счет перегрева расплава относительно равновесной температуры при данном давлении, превышающем давление в тройной точке углерода (фиг.3, 4), поскольку в равновесии давление пара над расплавом равно давлению буферного газа в камере и поток пара отсутствует, зазор в диапазоне 10-100 мкм, который формирует необходимые характеристики потока пара. Необходимо также регулировать величину зазора, чтобы управлять характеристиками потока. Подбором W и do можно управлять толщиной и протяженностью пленки в радиальном направлении. Пленка, демонстрируемая на фиг.1, получена при d0=20 мкм.The essential features of the claimed invention are the need for excessive pressure over liquid carbon due to overheating of the melt relative to the equilibrium temperature at a given pressure exceeding the pressure at the triple point of carbon (Figs. 3, 4), since in equilibrium the vapor pressure above the melt is equal to the pressure of the buffer gas in the chamber and there is no steam flow, a gap in the range of 10-100 μm, which forms the necessary characteristics of the steam flow. The clearance must also be adjusted to control flow characteristics. The selection of W and d o can control the thickness and length of the film in the radial direction. The film shown in figure 1, obtained at d 0 = 20 μm.
Существенно также то, чтобы пар создавался над жидким углеродом, а не путем сублимации твердой фазы, поскольку в этом случае формируется покрытие преимущественно островкового типа, как показано на фиг.5, 6.It is also important that the vapor is created above liquid carbon, and not by sublimation of the solid phase, since in this case a predominantly island type coating is formed, as shown in FIGS. 5, 6.
Настоящее изобретение промышленно применимо, реализовано на экспериментальной установке и может найти применение в соответствующих, областях, использующих нанотехнологии.The present invention is industrially applicable, implemented in an experimental setup, and may find application in relevant fields using nanotechnology.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006137057/15A RU2340550C2 (en) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | Method of obtaining film coating with properties of carbon glass and installation for method realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006137057/15A RU2340550C2 (en) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | Method of obtaining film coating with properties of carbon glass and installation for method realisation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006137057A RU2006137057A (en) | 2008-04-27 |
| RU2340550C2 true RU2340550C2 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=39452694
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006137057/15A RU2340550C2 (en) | 2006-10-19 | 2006-10-19 | Method of obtaining film coating with properties of carbon glass and installation for method realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2340550C2 (en) |
-
2006
- 2006-10-19 RU RU2006137057/15A patent/RU2340550C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| BUNDY F.P. et al. The pressure-temperature phase transformation diagram for carbon, Carbon, 1996, v. 34, №2, p.141-144. * |
| ФИАЛКОВ А.С., Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе, Москва, Аспект Пресс, 1997, с.464-489. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006137057A (en) | 2008-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103303910B (en) | A kind ofly prepare the method for Graphene and the Graphene of preparation thereof | |
| Gaffo et al. | The effects of temperature on the molecular orientation of zinc phthalocyanine films | |
| Lei et al. | Characterization and optical investigation of BCN film deposited by RF magnetron sputtering | |
| Boley et al. | High‐operating‐temperature direct ink writing of mesoscale eutectic architectures | |
| Porwal et al. | Study of the structural, thermal, optical, electrical and nanomechanical properties of sputtered vanadium oxide smart thin films | |
| Liang et al. | A simple sol–gel route to ZrO2 films with high optical performances | |
| EP0345107B1 (en) | Multilayer protective coating for a substrate, process for protecting a substrate by the plasma deposition of such a coating, coatings obtained and their uses | |
| Doghmane et al. | Investigation of the Influences of Post-Thermal Annealing on Physical Properties of TiO 2 Thin Films Deposited by RF Sputtering | |
| RU2340550C2 (en) | Method of obtaining film coating with properties of carbon glass and installation for method realisation | |
| Rebrov et al. | Synthesis of diamond from a high-velocity microwave plasma flow | |
| Ahn et al. | Fabrication of transparent amorphous silica by controlling forming and sintering processes with spherical nano-silica powder | |
| Afroze et al. | Infrared and ultraviolet-visible spectroscopic studies of plasma polymerized 1, 1, 3, 3-tetramethoxypropane thin films | |
| Babchenko et al. | Deposition of nanocrystalline diamond films on temperature sensitive substrates for infrared reflectance spectroscopy | |
| Sun et al. | Effects of substrate temperatures and deposition rates on properties of aluminum fluoride thin films in deep-ultraviolet region | |
| Liu et al. | Light-induced enhancement of critical heat flux on TiO2 coatings with specific surface topology | |
| Liu et al. | Growth feature of PTFE coatings on rubber substrate by low‐energy electron beam dispersion | |
| Athouel et al. | Orientation of molecules in phenylene oligomer thin films: influence of the substrate temperature | |
| Akther et al. | Insights into the structural and optical features of plasma polymerized N, N, 3, 5 tetramethylaniline-2, 6-diethylaniline thin films | |
| Zaitsev et al. | A multi-step cold plasma process for fine tuning of polymer nanostructuring | |
| US20150159268A1 (en) | Method of deposition of highly scratch-resistant diamond films onto glass substrates by use of a plasma-enhanced chemical vapor deposition | |
| Huang et al. | Conversion of diamond clusters from a polymer by Nd: YAG pulsed laser (532 nm) irradiation | |
| Tan et al. | Surface analysis and characterization of atmospheric pressure argon plasma jet treated methyl methacrylate monomer films | |
| Alcántara et al. | Low-cost formation of bulk and localized polymer-derived carbon nanodomains from polydimethylsiloxane | |
| US4342734A (en) | Method for forming γ-boron | |
| Pan et al. | Influence of ion assistance on optical properties, residual stress and laser induced damage threshold of HfO2 thin film by use of different ion sources |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20101020 |