Одним из наиболее перспективных направлений в области получения покрытий с заданными физическими, химическими и механическими свойствами, является внедрение в производственный цикл «химического парофазного осаждения» металлов (Chemicikal Vapor Deposition - CVD). Этот метод дает возможность получать широкий спектр различных по химическому составу, структуре и свойствам нано, микро- и макро- покрытий.

В основе газофазных методов осаждения – пиролиз металлсодержащих соединений, находящихся в газообразном состоянии. Другими словами – это метод синтеза материалов, при котором летучие компоненты газовой фазы формируют на поверхности подложки твердую пленку посредством химических реакций (разложением металлоорганических соединений (МОС).

 

В сравнении с другими методами модифицирования поверхностей такими как гальваническое осаждение, диффузионная металлизация, газопламенное и плазменное напыление, лазерная и газопорошковая наплавка, можно отметить следующие преимущества CVD-процесса:

• высокая скорость нанесения покрытий, до 10 мкм/мин;
• высокая плотность (беспористость) покрытий;
• возможность нанесения равномерных качественных покрытий на сложнопрофильные, в том числе на внутренние поверхности;
• микротвердость покрытий до 32000 МПа;
• прочность сцепления покрытия с материалом подложки до 260 МПа;
• температурные интервалы ведения процесса от 70 до 650℃;
• возможность металлизации металлов и неметаллических материалов (керамики/пластмасс/резины/др.);
• процесс экологически чистый;
• проводится по замкнутому циклу;
• относительная простота осуществления технологических процессов – легко поддается автоматизации;
• отсутствие высоких требований к вакууму (зачастую процессы проходят при атмосферном давлении);
• широкая гамма металлоорганических соединений (МОС), выпускаемых в промышленных масштабах.

Данная технология используется для повышения функциональных свойств деталей путем использования защитных покрытий и является на сегодняшний день очень распространенным технологическим инструментом. Упрочняющие, износостойкие, коррозионностойкие и другие функциональные покрытия широко применяются в промышленности. Особенно остро проблема создания новых высокоэффективных износостойких материалов стоит перед современными отраслями машиностроения – авиастроением, агрегатостроением, судостроением, ракетной и космической техникой, а также для производства высококачественных слоев для коммерческих силовых приборов.

 

При этом наряду со снижением себестоимости необходимо обеспечить повышение качества продукции и снижение вредного воздействия производственных факторов на окружающую среду. Применение таких процессов позволит снизить себестоимость за счет снижения объемов применения высоколегированных сталей и повысить качество за счет формирования на рабочих поверхностях деталей покрытий с заранее заданными физическими, химическими и механическими свойствами.

 

Сущность CVD процесса заключается в следующем: исходное металлоорганическое соединение (МОС) переводится в газообразное состояние путем испарения или возгонки. Полученная газовая смесь подается в реакционную камеру, где реагирует с подложкой, нагретой до температуры разложения используемого соединения, и образует металлическое покрытие. Осаждение покрытий может проводиться как в вакууме, так и в среде транспортирующих газов.

 

Рисунок 2.  Схема установки

 

Пример аппаратурного оформления CVD-процесса:

1 - реактор;
2 - сублиматор;
3 - фильтр;
4 - вакуум-насос;
5 - термостат;
6,7 - ёмкости с жидким МОС;
8 - расходомер;
9 - ИК лампы.